Закон Ома – обычной и мощнейший математический инструмент, помогающий рассматривать электрические схемы. Он идеальнее всего применяется для осознания связи между временными чертами цепи. Но ему присущи некоторые ограничения. Следует осознавать подобные ограничения, дабы верно применять правило в реальных схемах.
Традиционная формула закона Ома
Согласно данному канону, ток возрастает с повышением напряжения. При фиксированном напряжении изменение сопротивления приводит к назад пропорциональному изменению тока. Данное правило справедливо для сети только с активным сопротивлением.
Для инфы. К этому принципу физики должно быть «конститутивное отношение», значащее только предположение, что некоторые материалы либо даже вакуум поддерживают линейную вольт-амперную характеристику цепи. На самом же деле этого не может быть, так как нет такового понятия, как незапятнанное сопротивление. Имеется в виду просто математическое упрощение. Каждому реальному резистору характерна маленькая настоящая индуктивность и емкость, и связанное с ними … сопротивление меняется с температурой.
Закон Ома
Для участка контура
Базовое правило физики имеет формулировку для цепей неизменного тока и не сопровождается нелинейными нагрузками, такими как транзисторы, диоды, конденсаторы. Переменный ток подчиняется данному правилу, но заместо известной формулы:
- I – ток через проводник в единицах «ампер»,
- U – напряжение, измеренное через проводник в единицах «вольт»,
- R – противодействующее сопротивление проводника в единицах «Ом»;
применяется формула для расчета:
Z – импеданс контура.
Импеданс – это противодействие сгустку электрических зарядов.
Физические характеристики в контуре с активным сопротивлением
Линейная зависимость, описываемая данной функцией, по сути является исключением в природе. Закон применяется только при достаточно ограниченном наборе критерий (неизменной температуре, железных проводниках с неизменными напряжениями).
В реальности вольт-амперное соотношение снутри физического материала обычно сложное и нелинейное. Разные нелинейные математические модели могут применяться только при верно определенных спектрах напряжений, полярностях и температурах.
Характеристики контура с реактивным сопротивлением
Для разных цепей
Когда резисторы (либо лампочки) подключаются последовательно (серия), один и тот же ток проходит через любой из них. При параллельной проводке токи не связаны вместе и определяются значением каждого резистора. В каждом случае величина тока определяется законом Ома:
- для последовательной схемы сопротивления складываются совместно,
- для параллельной схемы они берутся раздельно, и суммируется ток.
Математика последовательных соединений проще. Сопротивления в параллельных либо более сложных конфигурациях требуют сведения к одному значению сопротивления.
Закон Ома для разных типовых цепей
Для высокого напряжения
Отыскать объекты, которые эмулируют резисторы на очень высочайшей частоте, достаточно тяжело. Если выстроить график U / I, то у большинства материалов под высочайшим напряжением графическая черта будет представлена непрямой линией. Такие материалы не подчиняются традиционному закону физики.
Если есть возможность найти секундные значения для напряжения V и сопротивления R, то можно высчитать моментальный переменный ток. Получить такую величину очень нелегко, и, поэтому, применяются другие подходы, такие, как расчет по формуле со значениями реактивных составляющих и импеданса. Если амплитуда синусоиды сигнала от пика до пика находится в линейном спектре, то этот материал подчиняется закону Ома.
Основной закон физики для высокого напряжения
Принципиально! При высочайшей температуре закон Ома неприменим, так как с повышением температуры со временем сопротивление увеличивается, из-за чего линейная зависимость между напряжением и током (как описано законом Ома) больше не существует. И ток начинает уменьшаться только из-за прироста сопротивления проводника.
Закон Ома для полной цепи
Замкнутый электрический контур делится на наружный и внутренний участки. 1-ый содержит в себе различные сопротивления нагрузки, 2-ой – сопротивление источника тока. В цепи ток течет как по наружному и внутреннему контуру цепи.
Формула расчета физических характеристик для полной цепи будет такая:
- E – ЭДС источника,
- R – сопротивление нагрузки,
- r – сопротивление источника тока.
Из данного соотношения видно, что, когда наружное сопротивление становится меньше внутреннего, выходит куцее замыкание.
Для инфы. Закон Ома для переменного тока именуется так из-за его формальной математической аналогии с главным правилом физики. По собственной сущности, это не должно противоречить канону физики, хотя под ним предполагаются более сложные физические дела.
Закон Ома для цепи переменного тока трактуется в других формулах, ежели для неизменного тока. Так как в схеме имеются некоторые распределенные емкость и индуктивность, то правило физики формулируется в определениях импеданса, комплекснозначной функции частоты. Это позволяет окутать большая часть случаев.
Главные электрические законы
В предшествующей статье мы познакомились с основными электрическими понятиями, такими как электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность. Настал черед главных электрических законов, так сказать, базиса, без познания и осознания которых нереально исследование и осознание электронных схем и устройств.
Закон Ома
Электрический ток, напряжение, сопротивление и мощность, непременно, между собой связаны. А связь между ними описывается, вне сомнения, самым основным электрическим законом – законом Ома. В облегченном виде этот закон именуется: закон Ома для участка цепи. И звучит этот закон следующем образом:
«Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и назад пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи».
Для практического использования формулу закона Ома можно представить в виде вот такового треугольника, который кроме основного представления формулы, поможет найти и другие величины.
Работает треугольник следующим образом. Дабы вычислить одну из величин, довольно закрыть ее пальцем. К примеру:
В предшествующей статье мы проводили аналогию между электричеством и водой, и выявили связь между напряжением, током и сопротивлением. Также неплохой интерпретацией закона Ома может послужить следующий набросок, наглядно отображающий суть закона:
На нем мы лицезреем, что человечек «Вольт» (напряжение) проталкивает человечка «Ампера» (ток) через проводник, который стягивает человечек «Ом» (сопротивление). Вот и выходит, что чем посильнее сопротивление сжимает проводник, тем тяжелее току через него перейти («сила тока назад пропорциональна сопротивлению участка цепи» – либо чем больше сопротивление, тем ужаснее приходится току и тем он меньше). Но напряжение не дремлет и толкает ток изо всех сил (чем выше напряжение, тем больше ток либо – «сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению»).
Когда фонарик начинает слабо светить, мы говорим – «разрядилась батарейка». Что с ней вышло, что означает разрядилась? А означает это, что напряжение батарейки снизилось и оно больше не в состоянии «помогать» току преодолевать сопротивление цепей фонарика и лампочки. Вот и выходит, что чем больше напряжение – тем больше ток.
Последовательное подключение – последовательная цепь
При последовательном подключении потребителей, к примеру обыденных лампочек, сила тока в каждом потребителе однообразная, а вот напряжение будет отличаться. На каждом из потребителей напряжение будет падать (понижаться).
А закон Ома в последовательной цепи будет иметь вид:
При последовательном соединении сопротивления потребителей складываются. Формула для расчета общего сопротивления:
Параллельное подключение – параллельная цепь
При параллельном подключении, к каждому потребителю прикладывается однообразное напряжение, а вот ток через любой из потребителей, в случае, если их сопротивление отличается – будет отличаться.
Закон Ома для параллельной цепи, состоящей из 3-х потребителей, будет иметь вид:
При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда будет меньше значения самого малеханького отдельного сопротивления. Либо еще молвят, что «сопротивление будет меньше наименьшего».
Общее сопротивление цепи, состоящей из 2-ух потребителей, при параллельном соединении:
Общее сопротивление цепи, состоящей из 3-х потребителей, при параллельном соединении:
Для большего числа потребителей расчет делается исходя из того, что при параллельном соединении проводимость (величина оборотная сопротивлению) рассчитывается как сумма проводимостей каждого потребителя.
Электрическая мощность
Мощность – это физическая величина, характеризующая скорость передачи либо преобразования электроэнергии. Рассчитывается мощность по следующей формуле:
Таким макаром зная, напряжение источника и измерив потребляемый ток, мы можем найти мощность потребляемую электроприбором. И напротив, зная мощность электроприбора и напряжение сети, можем найти величину потребляемого тока. Такие вычисления иногда нужны. К примеру, для защиты электроприборов применяются предохранители либо автоматические выключатели. Дабы верно подобрать средство защиты необходимо знать потребляемый ток. Предохранители, используемые в бытовой технике, обычно подлежат ремонту и для их восстановления довольно подобрать и поменять проволоку.
Применив закон Ома, можно высчитать мощность и по другой формуле:
При расчетах нужно учесть, что часть потребляемой электроэнергии расходуется на нагрев и преобразуется в тепло. При работе нагреваются не только лишь электрообогреватели, но и телеки, и компы и другая домашняя техника.
И в окончание, в качестве приза, вот такая шпаргалка, которая поможет найти хоть какой из главных электрических характеристик, по уже известным.
