Закон Ома простым языком

  • Историческая справка
  • Закон Ома в цепи
  • Закон Ома для параллельной и последовательной цепи
  • Закон Ома для полной схемы
  • Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме
  • Закон Ома для переменного тока
  • Как запомнить закон Ома

Историческая справка

Закон Ома был открыт в 1826 году немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон зависимости между силой тока, напряжением и типом проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая — не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон был назван в честь первооткрывателя, но этим законом дело не закончилось; его имя было дано физическому величию как дань его работе.

Название величины сопротивления названо в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность и сопротивление, которое является единицей измерения в омах, килоомах, мегаомах и т. Д.

Закон Ома для участка цепи

Вы можете использовать закон Ома для части цепи, чтобы описать электрическую цепь, не содержащую ЭДС. Это простейшая форма письма. Это выглядит как:

I = U / R

Где I — ток, измеренный в амперах, U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах.

Эта формула говорит нам, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению — это точная формулировка закона Ома. Физический смысл этой формулы состоит в том, чтобы описать соотношение тока через участок цепи с известным сопротивлением и напряжением.

Внимание! Эта формула действительна для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, мы вернемся к этому позже.

Помимо взаимосвязи электрических величин, эта форма сообщает нам, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении является линейным и удовлетворяется уравнение функции:

f (x) = ky или f (u) = IR или f (u) = (1 / R) * I

Закон Ома для данного участка цепи используется для расчета сопротивления резистора в данном участке цепи или для определения тока, протекающего через него при известных напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением 6 Ом, на его выводы подается напряжение 12 В. Нам нужно узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитать:

Идеальный проводник не имеет сопротивления, но из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело имеет сопротивление. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в бытовых электрических сетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр) меньше, чем у алюминия. Соответственно, медные проводники меньше нагреваются, выдерживают более высокие токи, поэтому можно использовать провод с меньшим сечением.

Другой пример — катушки нагревательных устройств и резисторов имеют высокое удельное сопротивление, потому что они сделаны из различных металлов с высоким сопротивлением, таких как нихром, кантал и т. Д. Когда носители заряда движутся по проводнику, они сталкиваются с молекулами в кристаллической решетке. , в результате чего энергия выделяется в виде тепла, и проводник нагревается. Чем больше электричества — больше столкновений — тем больше тепла.

Чтобы уменьшить нагрев проводника, его следует укоротить или увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:

Где ρ — удельное сопротивление в Ом * мм 2 / м, L — длина в м, S — площадь поперечного сечения.

Закон Ома для параллельной и последовательной цепи

В зависимости от типа подключения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжения. Для участка цепи при последовательном соединении элементов напряжение, ток и сопротивление рассчитываются по формуле:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Это означает, что в цепи с любым количеством последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. В этом случае напряжение, приложенное ко всем компонентам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. На каждый элемент отдельно подается разное напряжение, которое зависит от силы тока и сопротивления элемента:

Сопротивление участка цепи для элементов, соединенных параллельно, рассчитывается по формуле:

Я = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

В случае смешанного подключения необходимо привести схему к равноценному виду.Например, если один резистор подключен к двум параллельно подключенным резисторам — тогда сначала рассчитайте сопротивление параллельно подключенных резисторов. Вы получите общее сопротивление этих двух резисторов, и вам остается добавить его к третьему резистору, который подключен к ним последовательно.

Закон Ома для полной цепи

Полная схема предполагает питание. Идеальный блок питания — это тот, у которого есть одна характеристика:

  • напряжение, если это источник ЭДС;
  • сила тока, если это источник тока;

Такой блок питания способен обеспечить любую мощность с неизменными выходными параметрами. Реальный источник питания также включает такие параметры, как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление — это воображаемый резистор, включенный последовательно с источником ЭДС.

Формула закона Ома для замкнутой цепи выглядит аналогично, но к ней добавляется внутреннее сопротивление источника питания. Для полной схемы это записывается как:

I = ε / (R + r)

Где ε — ЭДС в вольтах, R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление источника питания.

На практике внутреннее сопротивление составляет доли Ом, а у гальванических источников оно значительно увеличивается. Это можно увидеть, когда две батареи (новая и разряженная) имеют одинаковое напряжение, но одна дает правильный ток и работает правильно, а другая — нет, потому что она проседает при самой легкой нагрузке.

Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме

Для однородного поперечного сечения окружности важны приведенные выше формулы, для неоднородного проводника его необходимо разделить на максимально короткие участки, чтобы изменения его размеров были минимальными в пределах данного участка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.

Другими словами: плотность тока прямо пропорциональна напряжению и проводимости для бесконечно малого сечения проводника.

В интегральном виде:

Закон Ома для переменного тока

При расчете цепей переменного тока вместо сопротивления вводится понятие импеданса. Импеданс обозначается буквой Z и включает активное сопротивление нагрузки R

и

и реактивное сопротивление X (или R

р

). Это связано с формой синусоидальных токов (и токов любой другой формы) и параметрами индуктивных элементов, а также законами коммутации:

  1. Ток в цепи с индуктивностью не может изменяться мгновенно.
  2. Напряжение в цепи с емкостью не может изменяться мгновенно.

Соответственно, ток начинает отставать или проводить напряжение, а общая мощность делится на активную и реактивную.

U = I * Z

Икс

Л.

и X

С.

— реактивные составляющие нагрузки.

Соответственно вводится значение cosF:

Здесь — Q — реактивная мощность, возникающая от переменного тока и индуктивно-емкостной составляющей, P — активная мощность (назначенная на активный компонент), S — полная мощность, cosF — коэффициент мощности.

Вы могли заметить, что формула и ее представление соответствуют теореме Пифагора. Это действительно так, и угол F зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки — чем больше, тем она больше. На практике это приводит к тому, что фактически протекающий в сети ток больше, чем рассчитанный бытовым счетчиком, предприятия платят за полную мощность.

В этом случае сопротивление представлено в сложной форме:

Здесь j — мнимая единица, которая характерна для сложной формы уравнений. Его реже называют i, но в электротехнике его также называют среднеквадратичным значением переменного тока, поэтому, чтобы избежать ошибок, лучше использовать j.

Мнимая единица равна √-1. Логически не существует числа, возводящего в квадрат отрицательное «-1».

Как запомнить закон Ома

Чтобы запомнить закон Ома — вы можете запомнить фразу простыми словами, например:

Чем больше напряжение, тем больше ток, больше сопротивление — меньше ток.

Или используйте мнемонические картинки и правила. Первый — это представление закона Ома в виде пирамиды — краткое и ясное.

Мнемоническое правило — это упрощенная форма концепции для простого и легкого понимания и изучения. Он может быть как словесным, так и графическим.Чтобы правильно найти правильную формулу — коснитесь пальцем искомого значения и получите ответ в виде продукта или частного. Вот как это работает:

Второй — шоу комиксов. Отсюда следует, что чем больше Ом, тем труднее получить усилители, а чем больше вольт, тем легче получить усилители.

Наконец, мы рекомендуем посмотреть полезное видео, в котором просто объясняется закон Ома и его применение:

Закон Ома — один из фундаментальных законов в электротехнике, без его знания большинство вычислений невозможно. И в нашей повседневной работе нам часто приходится переводить амперы в киловатты или определять силу тока на основе сопротивления. Необязательно понимать его происхождение и происхождение всех значений — но окончательные формулы являются обязательными для усвоения. В общем, есть старая шутка электрика: «Если ты не знаешь Ома, оставайся дома». И если в каждом анекдоте есть доля правды, то здесь доля правды — 100%. Познакомьтесь с теоретическими основами, если хотите стать профессионалом на практике, и другие статьи на нашем сайте помогут вам в этом.