Напряжение на участке цепи формула: Напряжение на участке электрической цепи – формула для расчета

Содержание

Закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи.

Цель: формирование знаний о взаимосвязи силы тока, напряжения и сопротивления на участке цепи.

Задачи:

Образовательная:

1) силы тока от напряжения на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;

2) силы тока от сопротивления участка цепи, если при этом напряжение остается постоянным;

  • сделать вывод о взаимосвязи силы тока, напряжения и сопротивления;

  • Показать практическое применение закона Ома.

Развивающая:

  • развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;

  • продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Воспитательная:

  • развивать познавательный интерес к предмету;

  • воспитывать культуру речи и культуру работы в коллективе, тренировка рационального метода запоминания формул.

Тип урока: Комбинированный.

Оборудование: источник тока; амперметр; вольтметр; магазин сопротивлений; реостат; соединительные провода; датчик электрического напряжения ,датчик электрического тока амперметр .

Ход урока

I. Организация начала урока.

II. Актуализация знаний.

Любую электрическую цепь можно охарактеризовать силой тока, напряжением и сопротивлением. Каждая из этих величин имеет свою характеристику. Давайте вспомним, что мы изучили о каждой из этих величин.

(слайд 1)


Величины на слайде (1) закрыты номерами 1,2,3. Учащиеся I,II,III рядов поочередно выбирают номер, под которым находится величина, и дают ей полную характеристику по плану:

Структура знаний о физической величине. (слайд 2)

  1. Какое явление или свойство тел определяет (характеризует) данная величина.

  2. Определение величины .

  3. Формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

  4. Какая это величина – скалярная или векторная.

  5. Единицы измерения данной величины.

  6. Способы измерения величины.

Характеристики электрической цепи

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Электродвижущая сила

I

U

R

ε


какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

какую работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда.

величину, характеризующую способность проводника ограничивать силу тока.

какую работу совершают сторонние силы по перемещению единичного заряда в источнике.


отношением заряда, проходящего через поперечное сечение проводника ко времени, в течение которого этот заряд движется.

отношением работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

отношением напряжения на участке цепи к силе тока.

отношением работы сторонних сил к переносимому электрическому заряду.



(ампер)

(вольт)

(ом)

(вольт)











T — — время

q — -заряд

A – работа электрического поля по перемещению заряда.

Сопротивление зависит от материала, из которого изготовлен проводник и его геометрических размеров.

lдлина проводника

Sплощадь поперечного сечения проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

Характеризует зависимость электрической энергии в источнике от его внутреннего устройства.

(слайд 3)

III. Постановка цели.

Между величинами силой тока, напряжением и сопротивлением существует связь, которую впервые теоретически и экспериментально установил немецкий ученый Георг Ом.

Сегодня на уроке попытаемся повторить эксперименты Ома и установить закон, который носит его имя.

Тема урока: Закон Ома для участка цепи (слайд 3).

IV. Решение поставленной цели. Изучение нового материала.

(Виртуальная школа Кирилла и Мефодия, снятие вольт-амперной характеристики (интерактив))

Учебная проблема 1. (ОК)



(слайд 4) (слайд 5)

а) Соберем электрическую цепь, схема которой изображена на слайде 3.

б) Назовите основные элементы цепи. Какие измерительные приборы включены

в цепь на участке 1и 2? Почему?

в) Установим зависимость между силой тока и напряжением, оставляя сопротивление R1

постоянным.

Для этого с помощью реостата изменяем силу тока и фиксируем значения, которые

показывают амперметр и вольтметр соответственно. Полученные данные занесем

в таблицу 1.

г) Изобразите полученную зависимость графически. Сделайте вывод о зависимости силы

тока от напряжения на участке цепи?

Вывод 1: сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи.

Учебная проблема 2. (ОК)


(слайд 6) (слайд 7)

а) Установим зависимость между силой тока и сопротивлением участка цепи R

1.

Для этого будем изменять сопротивление R1, поддерживая при помощи реостата R

напряжение на концах проводника постоянным.

Полученные данные занесем в таблицу 2.

б) Изобразите полученную зависимость графически. Сделайте вывод о зависимости силы

тока от сопротивления участка цепи?

Вывод 2: сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Учитель: Объедините полученные выводы и сделайте общий вывод о зависимости между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Ученик: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно

пропорциональна сопротивлению.

Учитель: Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома, который установил его в 1827 году.

(слайд 8)


Ом Георг Симон
16 марта 1787 года — 6 июля 1854 года

Начало формы

Конец формы

История жизни
Замечательный немецкий физик Георг Симон Ом (1787-1854), чье имя носит знаменитый закон электротехники и единица электрического сопротивления, родился 16марта 1789 г. в Эрлангене (федеральная земля Бавария). Его отец был известным в городе мастером-механиком. Мальчик Ом помогал отцу в мастерской и многому у него научился. Быть бы ему механиком и продолжать дело отца, но Ом был честолюбив, хотел стать ученым и работать в лучших германских университетах. Он поступил учиться в университет в Эрлангене и закончил его в 1813 г. Его первая работа — учитель физики и математики реальной школы в Бамберге.


После нескольких лет работы в школе мечта Ома осуществилась. В 1817 г. он стал профессором математики Иезуитского колледжа в Кельне. Здесь Ом занялся исследованиями в области электричества, используя батарею Вольта. Ом составлял электрические цепи из проводников различной толщины, из различных материалов, различной длины (причем проволоку он протягивал сам, используя собственную технологию), пытаясь понять законы этих цепей.Сложность его работы можно понять, вспомнив, что никаких измерительных приборов еще не было и о силе тока в цепи можно было судить по различным косвенным эффектам. Ому очень пригодились те навыки работы, которые он приобрел, работая в мастерской с отцом. А еще ему очень пригодилось упорство, ибо эксперименты шли в течение 9 лет.
Для характеристики проводников Ом в1820 г. ввел понятие «сопротивление», ему казалось, что проводник сопротивляется току. По-английски и по-французски сопротивление называется resistance, поэтому современный схемный элемент называется резистором, а первая буква R с легкой руки Ома до сих пор используется как обозначение резистора в схемах.
В 1827 г. вышел основополагающий труд Ома «Математическое исследование гальванических цепей», в котором и был сформулирован знаменитый закон Ома.
Казалось бы, столь простая математическая формула, которую сейчас изучают в школах, должна заслужить всеобщее признание, но получилось наоборот. Коллеги приняли в штыки выводы Ома, начались насмешки над ним. Обиженный Ом уволился из колледжа в Кельне. В последующие годы Ом жил в бедности, работая частным учителем в Берлине. Только в 1833 г. ему удалось устроиться на работу в Политехническую школу в Нюрнберге.
Тем временем за границей признали важность работ Ома. В 1841 г. Британское Королевское общество наградило его золотой медалью, а в 1842 г. избрало Ома своим действительным членом. Наконец, в1849 г. Ом стал профессором Мюнхенского университета. Всего 5 лет он имел возможность полноценно работать и преподавать. 7 июля 1854 г. Георг Симон Ом скончался.
В 1893 г. Международный электротехнический конгресс принял решение ввести единицу электрического сопротивления и назвал ее именем Георга Симона Ома, подчеркнув тем самым важность его открытия для электротехники.

Опорный конспект

Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

где I – сила тока в цепи;

U – напряжение на этом участке;

R – сопротивление участка.

Этот закон выражает зависимость между тремя величинами, зная две из них всегда можно найти третью неизвестную величину.

Выразите из формулы закона Ома напряжение и сопротивление.

(слайд 9)


Учитель: запишите эти формулы и запомните их. Мы будем ими пользоваться при решении задач.

А теперь скажите, верно ли утверждение, что сопротивление проводника прямо пропорционально напряжению на этом проводнике и обратно пропорционально силе тока в нем?

Ученик: сопротивление проводника можно вычислить по формуле , однако, оно постоянно для данного проводника и не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в нем.

Учитель: верно, сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойства данного проводника, оно не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в проводнике. Изменение напряжения на участке цепи влечет за собой изменение силы тока, но отношение U/I остается для данного проводника постоянным.

V. Выводы:

  1. Cила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи.

  2. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

  3. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

  4. Сопротивление – это физическая величина, характеризующая способность проводника ограничивать силу тока, оно не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в проводнике.

VI. Закрепление материала.

Вычислите неизвестную величину, если известны две другие.

(слайд 10)


Закон Ома (страница 1)

Применение закона Ома к расчету линейных электрических цепей постоянного тока


1. Найти ток ветви (рисунок 3), если: U=10 В, Е=20 В, R=5 Ом.

Решение:

Так как все схемы рисунка 3 представляют собой активные ветви, то для определения токов в них используем закон Ома обобщенный закон Ома. Рассмотрим рисунок 3 а: направление ЭДС совпадает с произвольно выбранным условно положительным направлением тока, следовательно, в формуле обобщенного закона Ома величина ЭДС учитывается со знаком «плюс». Направление напряжения не совпадает с направлением тока, и в формуле обобщенного закона Ома величина напряжения учитывается со знаком «минус»;


Аналогично определяются токи в схемах б, в, г рисунка 3:

2. Найти напряжение между зажимами нетвей (рисунок 4).

Решение:

Участок цепи, изображенный на рисунке 4 а содержит источник ЭДС, т. е. является активным, поэтому воспользуемся обобщенным законом Ома:


откуда выразим напряжение на зажимах:

Аналогично определяются напряжения на зажимах участков, изображенных на рисунках 4 б и 4 в.

3. Определить неизвестные потенциалы точек участка цени (рисунок 5).

Решение:
Для схемы рисунка 5 а запишем обобщенный закон Ома:

откуда выразим напряжение на зажимах ветви:

Если представить напряжение как разность потенциалов:

тогда при известных параметрах цепи, токе и потенциале определим потенциал :

Эту же задачу можно решить другим способом. Напряжение на зажимах источника ЭДС , без учета внутреннего сопротивления источника, по величине равно и направлено от точки с большим потенциалом (точка С) к точке с меньшим потенциалом (точка b):

и тогда, зная потенциал , определим потенциал точки С:

Потенциал точки d больше потенциала точки С на величину падения напряжения на сопротивлении R:

тогда

Потенциал точки а определяем с учетом направления напряжения на зажимах источника ЭДС . Напряжение направлено от точки с большим потенциалом (точка d) к точке с меньшим потенциалом (точка а):

откуда следует, что

или

Рассмотрим решение задачи для схемы рисунка 5 б. При известном потенциале точки С, параметрах элементов и токе, определим потенциалы крайних точек участка цепи . Напряжение на участке b — с, выраженное через разность потенциалов, определим по закону Ома:

откуда следует

Напряжение на участке с — а, равное по величине Е, направлено от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом:

4. В цепи (рисунок 6) известны величины сопротивлений резистивных элементов: , входное напряжение U=100 В и мощность, выделяемая на резистивном элементе с сопротивлением . Определить величину сопротивления резистора .

Решение:
Согласно закону Джоуля-Ленца, мощность на резистивном элементе определяется:

или, согласно закону Ома:

По известному значению мощности на резистивном элементе и величине сопротивления этого элемента определим ток в ветви:

По закону Ома напряжение на зажимах определится:

тогда величина сопротивления резистивного элемента:

5. Определить показания вольтметров цепи (рисунок 7), если .

Решение:
Ток в цепи определим по закону Ома:

Вольтметр показывает напряжение на источнике ЭДС Е:

Вольтметры показывают величину падения напряжения на резистивных элементах :

Вольтметр , показывает напряжение на участке 2 — 1 , которое определим как алгебраическую сумма напряжений :

6. Ток симметричной цепи (рисунок 8) , внутреннее сопротивлении источника ЭДС . Определить ЭДС Е и мощность источника энергии.

Решение:
Напряжение на зажимах 1 — 2 определим по закону Ома для пассивной ветви:

Величину ЭДС источника энергии определим из выражения закона Ома для активной ветви:

Мощность, развиваемая источником энергии, определится:


Падение напряжения: расчет, формула, как найти

Чтобы понять, что такое падение напряжения, следует вспомнить, какие виды напряженности в цепи бывают. Их всего два: напряженность источника питания (при этом источник питания должен быть подключен к контуру) и, собственно, снижение напряжения, которое рассматривается отдельно или в отношении контура. В этом материале будет рассмотрено, как найти падение напряжения, и дана формула расчета падения напряжения в кабеле.

Что означает падение напряжения

Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах. Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети.

Мнемоническая диаграмма для закона Ома

Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение  происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.

Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя. Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.

Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.

Закон Ома для участка цепи

Допустимое падение напряжение в кабеле

Значение потери электронапряжения регламентируется и нормируется сразу несколькими правилами и инструкциями устройства электроустановок. Так, согласно правилу СП 31-110-2003, суммарная потеря напряжения от входной точки в помещении до максимально удаленного от нее потребителя электроэнергии не должно быть больше 7.5 %. Это правило работает на всех электроцепях с напряжением не более 400 вольт. Данное правило используется при монтаже и проектировке сетей, а также при их проверке службами Ростехнадзора.

Важно! Этот документ обобщает и отклонение электронапряжения в сетях однофазного тока бытового назначения. Оно должно быть не более 5 % при нормальной работе и 10 % после аварийной ситуации. Если сеть низковольтная, то есть до 50 вольт, то нормальным падением считается +-10 %.

Для кабелей питающей сети используют правило РД 34.20.185-94. Оно допускает параметр потерь не более 6 %, если напряжение составляет 10 кВ и не более 4–6 % при электронапряжении 380 вольт. Чтобы одновременно соблюсти эти правила и инструкции, добиваются потерь 1.5 % для малоэтажных знаний и 2.5 % для многоэтажных.

Падение напряжения на резисторе

Проверка кабеля по потере напряжения

Всем известно, что протекание электрического тока по проводу или кабелю с определенным сопротивлением всегда связано с потерей напряжения в этом проводнике.

Согласно правилам Речного регистра, общая потеря электронапряжения в главном распределительном щите до всех потребителей не должна превышать следующие значения:

  • при освещении и сигнализации при напряжении более 50 вольт – 5 %;
  • при освещении и сигнализации при напряжении 50 вольт – 10 %;
  • при силовых потреблениях, нагревательных и отопительных систем вне зависимости от электронапряжения – 7 %;
  • при силовых потреблениях с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы вне зависимости от электронапряжения – 10 %;
  • при пуске двигателей – 25 %;
  • при питании щита радиостанции или другого радиооборудования или при зарядке аккумуляторов – 5 %;
  • при подаче электричества в генераторы и распределительный щит – 1 %.

Исходя из этого и выбирают различные типы кабелей, способных поддерживать такую потерю напряжения.

Пример калькулятора для автоматизации вычислений

Как найти падение напряжения и правильно рассчитать его потерю в кабеле

Одним из основных параметров, благодаря которому считается напряженность, является удельное сопротивление проводника. Для проводки от станции или щитка к помещению используются медные или алюминиевые провода. Их удельные сопротивления равны 0,0175 Ом*мм2/м для меди и 0,0280 Ом*мм2/м для алюминия.

Рассчитать падение электронапряжения для цепи постоянного тока в 12 вольт можно следующими формулами:

  • определение номинального тока, проходящего через проводник. I = P/U, где P – мощность, а U – номинальное электронапряжение;
  • определение сопротивления R=(2*ρ*L)/s, где ρ – удельное сопротивление проводника, s – сечение провода в миллиметрах квадратных, а L – длина линии в миллиметрах;
  • определение потери напряженности ΔU=(2*I*L)/(γ*s), где γ – это величина, которая равна обратному удельному сопротивлению;
  • определение требуемой площади сечения провода: s=(2*I*L)/(γ*ΔU).

Важно! Благодаря последней формуле можно рассчитать необходимую площадь сечения провода по нагрузке и произвести проверочный расчет потерь.

Таблица значений индуктивных сопротивлений

В трехфазной сети

Для обеспечения оптимальной нагрузки в трехфазной сети каждая фаза должна быть нагружена равномерно. Для решения поставленной задачи подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.

Потеря электронапряжения в каждом проводе трехфазной линии с учетом индуктивного сопротивления проводов подсчитывается по формуле

Формула расчета

Первый член суммы – это активная, а второй – пассивная составляющие потери напряженности. Для удобства расчетов можно пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькуляторами. Ниже приведен пример такой таблицы, где учтены потери напряжения в трехфазной ВЛ с алюминиевыми проводами электронапряжением 0,4 кВ.

Пример таблицы

Потери напряжения определены следующей формулой:

ΔU = ΔUтабл * Ма;

Здесь ΔU—потеря напряжения, ΔUтабл — значение относительных потерь, % на 1 кВт·км, Ма — произведение передаваемой мощности Р (кВт) на длину линии, кВт·км.

Однолинейная схема линии трехфазного тока

На участке цепи

Для того, чтобы провести замер потери напряжения на участке цепи, следует:

  • Произвести замер в начале цепи.
  • Выполнить замер напряжения на самом удаленном участке.
  • Высчитать разницу и сравнить с нормативным значением. При большом падении рекомендуется провести проверку состояния проводки и заменить провода на изделия с меньшим сечением и сопротивлением.

Важно! В сетях с напряжением до 220 в потери можно определить при помощи обычного вольтметра или мультиметра.

Базовым способом расчета потери мощности может служить онлайн-калькулятор, который проводит расчеты по исходным данным (длина, сечение, нагрузка, напряжение и число фаз).

Образец калькулятора для вычисления потерь

Таким образом, вычислить и посчитать потери напряжения можно с помощью простых формул, которые для удобства уже собраны в таблицы и онлайн-калькуляторы, позволяющие автоматически вычислять величину по заданным параметрам.

Закон Ома для участка цепи

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика»..

Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием электротехника.

В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко  углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.

Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый электрик.

Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.

Кто такой Ом? Немного истории

Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Вот так он выглядел.

Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.

Скажу только самое главное.

Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.

Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)

U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)

R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)

Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Проведем эксперимент

Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:

Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.

Сопротивление в цепи я заменил светодиодной лампочкой, обладающей определенной величиной сопротивления. Все соединения производим с помощью соединительных проводов марки ПВ-1.  Кто не знает как это сделать, то читайте мою статью как правильно соединять провода.

С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.

Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.

Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.

Пример № 1

В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.

Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В). Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом).

С помощью формулы найдем ток в цепи:

 I = U/R  = 220 / 40740 = 0,0054 (А)

А теперь проверим полученный результат практическим путем. 

Подключаем последовательно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.

На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.

Пример № 2

Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.

I = 0,0054 (А)

R = 40740 (Ом)

С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:

U = I*R  = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)

А теперь проверим полученный результат практическим путем. 

Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.

На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.

Пример № 3

В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.

I = 0,0054 (А)

U = 220 (В)

Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:

R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью электроизмерительных клещей или мультиметра.

Полученное значение составило R = 40740 (Ом), что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.

Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи!!!

Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.

Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.

Как этим пользоваться?

Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.

Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.

Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.

Выводы

В завершении статьи сделаю вывод.

Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.

Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.

P.S. Тут в интернете нашел смешную, но поясняющую карикатуру на тему закона Ома для участка цепи. 

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Закон Ома для участка цепи

Тип урока: Комбинированный.

Вид урока: Изучение нового материала.

Цели урока:

Образовательная: установить зависимость между силой тока, напряжением на однородном участке электрической цепи и сопротивлением этого участка.

Развивающая:

  • развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
  • продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Воспитательная: развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул.

Задачи урока.

  • Усвоить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;
  • Усвоить, что сила в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным;
  • Знать закон Ома для участка цепи;
  • Уметь определять силу тока; напряжения по графику зависимости между этими величинами и по нему же – сопротивление проводника;
  • Уметь наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты демонстрационного эксперимента;
  • Уметь применять закон Ома для участка цепи при решении задач;
  • Отрабатывать навыки проверки размерности;
  • Отрабатывать навыки соотношения полученных результатов с реальными значениями величин.

Оборудование.

Демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока В-24, ключ, соединительные провода, демонстрационный магазин сопротивления, ТСО, экран, магнитная доска, магниты, портрет Ома, таблицы с формулами.

Ход урока

1. Организационный момент.

Учитель: Здравствуйте, садитесь (дежурный, отсутствующие).

2. Этап актуализации знаний.

С целью проверки качества усвоения знаний проводится дидактическая игра “Проверь себя!”. Игра состоит из двух частей. В первой части работы дети выбирают обозначение, формулу, единицы измерения, прибор для измерения одной из основных характеристик тока. Во второй части учащиеся заполняют пропуски в таблице. Класс делится на три варианта. Каждому варианту дается определенное задание. Оценивание работ проводится методом взаимопроверки.

3. Мотивационный этап.

На предыдущих занятиях мы рассмотрели три величины, с которыми мы имеем дело в любой электрической цепи, – это … (Сила тока, напряжение и сопротивление). Но в жизни и на практике недостаточно знать в отдельности физические величины, характеризующие электрические цепи, их надо рассматривать во взаимозависимости. Вот взаимозависимость мы и будем раскрывать сегодня на уроке.

Запишите тему нашего урока: “Закон Ома для участка цепи”.

О значении исследований Георга Ома точно сказал профессор физики Мюнхенского университета Ломмель Эуген Корнелиус Йозеф при открытии памятника ученому в 1895 году “Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников”.

Вопрос: Какую так долго скрываемую тайну Ом вырвал у природы и передал ее в руки современников? Давайте же выясним это.

4. Этап изучения нового материала.

На сегодняшнем уроке нам необходимо решить следующую задачу: выяснить, как зависит сила тока на участке цепи от приложенного напряжения и величины сопротивления одновременно. Это является главной целью нашего урока.

Итак, работу на сегодняшнем уроке будем проводить по этапам.

1) Сначала установим зависимость силы тока от напряжения, запишем математически эту зависимость и проверим на опыте.

2) Установим зависимости между силой тока и сопротивлением, при постоянном напряжении; запишем результаты в таблицу, сделаем вывод о характере этой зависимости.

3) Сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока одновременно от напряжения и сопротивления, т.е. решим основную задачу урока.

Этапы:

1. Установим зависимость силы тока от напряжения на опыте.

а) На демонстрационной доске собрана цепь: источник тока, реостат, амперметр, резистор, вольтметр, ключ.

б) Чертим схему цепи на доске.

в) Включаю цепь. Вольтметр показывает 2В. Какую силу тока показывает амперметр? 0,4А.

Увеличиваю напряжение до – 3В. Изменились ли показания амперметра? Да, сила тока в цепи 0,6А.

Увеличиваю напряжение до – 4В. Как изменилась сила тока? Увеличилась, сила тока в цепи 0,8А.

Запишем полученные результаты в таблицу и начертим график:

U, В

I, А

0,4А

0,6А

0,8А

Увеличивается напряжение, сила тока тоже увеличивается – I U.

Изменилось ли сопротивление проводника? Нет, оно постоянно: R= cons t.

Вывод 1. При R=const, I ~ U.

2.

Установим зависимость между силой тока и сопротивлением.

а) Подумайте и скажите: будет ли одинаковой сила тока в проводнике с большим сопротивлением и в проводнике с маленьким сопротивлением? Сила тока будет разная. А в каком случае сила тока будет меньше? Где больше R.

б) Итак, давайте убедимся в этом на опыте. На столе собрана цепь: источник тока, магазин сопротивлений, амперметр, вольтметр, ключ.

б) Чертим схему цепи на доске.

в) Установим зависимость между I и R, при U=const. Начертим таблицу в тетрадь и будем ее заполнять по ходу опыта.

U, В

R, Ом

4Ом

2Ом

1Ом

I, А

Сейчас общее сопротивление составляет 4 Ом, подано напряжение 5В. Какой ток в цепи? I = 1 А

Уменьшаем сопротивление до 2 Ом, не меняя напряжение, какой ток в цепи сейчас? I = 2 А. Теперь сопротивление равно1 Ом, напряжение по прежнему не меняем. Как изменилась сила тока? I = 4 А

Итак, глядя на таблицу, что можно сказать о зависимости между силой тока и сопротивлением? Начертим график.

Вывод 2: При U= const I 1/R

3.

Сделаем общий вывод о том, как зависит сила тока I одновременно от U и R.

Мы уже знаем две зависимости. И теперь мы объединим эти зависимости в одну формулу. Мы получим с вами один из основных законов электрического тока, который называется законом Ома:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого же участка.

“Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников” в 1827 году. Ему было 38 лет.

Пользуясь этим законом, мы можем рассчитать силу тока, зная напряжение и сопротивление, то есть, зная две величины, мы всегда можем найти третью.

5. Этап применения нового знания

Итак, ребята, между какими величинами устанавливает зависимость закон Ома?

  • между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Как зависит сила тока от напряжения?

  • Прямо пропорционально.

Как зависит сила тока от сопротивления?

  • обратно пропорционально.

Как формулируется закон Ома?

Давайте решим задачи:

  • на графики зависимости;
  • комбинированная задача.

1.

2. 

6. Первичная проверка полученных знаний

С целью проверки усвоения первичных знаний используются две задачи. Класс делится на два варианта. На доске высвечиваются условия задач. Проверка производится методом взаимопроверки.

7. Домашнее задание:

1. §§43, 44. Прочитать;

2. Упр. 20 (1, 2, 3) стр.88; Упр. 21 (2, 4, 6, 7) стр. 91.

3. Подготовить историческую справку об ученых, чьи имена очень тесно связаны с законом Ома.

Литература:

  • А.В. Пёрышкин //Учебник для образовательных учреждений//Физика 8 класс//Москва, Дрофа, 2004.
  • А.В. Усова//Самостоятельная работа учащихся по физике в средней школе//Москва, Просвещение, 1981.
  • Р.Д. Минькова, Е.Н. Панаиоти//Теоритическое и поурочное планирование по физике//Москва, Экзамен, 2004.
  • Л.И. Резников//Графический метод в преподавании физики//Учпедгиз//1960.
  • В.П. Орехова, А.В. Усова//Преподавание физики//Москва, Просвещение, 1998.
  • М.Е. Тульчинский. Качественные задачи по физике в 6 – 7 классах. Пособие для учителей. – М.:Просвещение, 1976. – 127 с.
  • http://scilib.narod.ru/Technics/Ilyin_1953/Ilyin1953.htm
  • http://rumahkimia.wordpress.com
  • http://nauka.relis.ru/40/0103/hitr-2.GIF
  • http://tvnovotech.ru/elka72/news.php?post=389
  • http://diod.ucoz.ru/load
  • http://www.edu.delfa.net/Interest/biography/l/lommel.htm
  • Презентация

    Закон ома — формулировка простыми словами, определение,

    Сопротивление

    Представьте, что есть труба, в которую затолкали камни. Вода, которая протекает по этой трубе, станет течь медленнее, потому что у нее появилось сопротивление. Точно также будет происходить с электрическим током.

    • Сопротивление — физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта способность.

    Теперь сделаем «каменный участок» длиннее, то есть добавим еще камней. Воде будет еще сложнее течь.

    Сделаем трубу шире, оставив количество камней тем же — воде полегчает, поток увеличится.

    Теперь заменим шероховатые камни, которые мы набрали на стройке, на гладкие камушки из моря. Через них проходить тоже легче, а значит сопротивление уменьшается.

    Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении поперечного сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а если заменить материал — изменится в зависимости от материала.2.

    Знайте!

    СИ — международная система единиц. «Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».

    • Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая показывает способность материала пропускать электрический ток. Это табличная величина, она зависит только от материала.

    Таблица удельных сопротивлений различных материалов

    Удельное сопротивление

    ρ, Ом*мм2/м

    Удельное сопротивление

    ρ, Ом*мм2/м

    Алюминий

    0,028

    Бронза

    0,095 — 0,1

    Висмут

    1,2

    Вольфрам

    0,05

    Железо

    0,1

    Золото

    0,023

    Иридий

    0,0474

    Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

    0,5

    Латунь

    0,025 — 0,108

    Магний

    0,045

    Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный)

    0,43 — 0,51

    Медь

    0,0175

    Молибден

    0,059

    Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

    0,2

    Натрий

    0,047

    Никелин ( сплав меди и никеля)

    0,42

    Никель

    0,087

    Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

    1,05 — 1,4

    Олово

    0,12

    Платина

    0.107

    Ртуть

    0,94

    Свинец

    0,22

    Серебро

    0,015

    Сталь

    0,103 — 0,137

    Титан

    0,6

    Хромаль

    1,3 — 1,5

    Цинк

    0,054

    Чугун

    0,5-1,0

    Резистор

    Все реальные проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать незначительным. В задачах вообще используют словосочетание «идеальный проводник», а значит лишают его сопротивления.

    Из-за того, что проводник у нас «кругом-бегом-такой-идеальный», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

    Вот так резистор изображается на схемах:


    В школьном курсе физики используют Европейское обозначение, поэтому запоминаем только его. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

    Вот так резистор выглядит в естественной среде обитания:


    Полосочки на нем показывают его сопротивление.

    На сайте компании Ekits, которая занимается продажей электронных модулей, можно выбрать цвет резистора и узнать значение его сопротивления:


    Источник: сайт компании Ekits

    О том, зачем дополнительно нагружать сопротивлением цепь, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

    Реостат

    Есть такие выключатели, которые крутишь, а они делают свет ярче-тусклее. В такой выключатель спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.2/м]

    Закон Ома для участка цепи

    С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

    Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

    У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».


    У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

    Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

    Математически его можно описать вот так:

    Закон Ома для участка цепи

    I = U/R

    I — сила тока [A]

    U — напряжение [В]

    R — сопротивление [Ом]

    Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

    Сила тока измеряется в Амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье 😇

    Давайте решим несколько задач на Закон Ома для участка цепи.

    Задача раз

    Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.2/м

    Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

    Таблица удельных сопротивлений различных материалов

    Удельное сопротивление

    ρ, Ом*мм2/м

    Удельное сопротивление

    ρ, Ом*мм2/м

    Алюминий

    0,028

    Бронза

    0,095 — 0,1

    Висмут

    1,2

    Вольфрам

    0,05

    Железо

    0,1

    Золото

    0,023

    Иридий

    0,0474

    Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

    0,5

    Латунь

    0,025 — 0,108

    Магний

    0,045

    Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный)

    0,43 — 0,51

    Медь

    0,0175

    Молибден

    0,059

    Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

    0,2

    Натрий

    0,047

    Никелин ( сплав меди и никеля)

    0,42

    Никель

    0,087

    Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

    1,05 — 1,4

    Олово

    0,12

    Платина

    0.107

    Ртуть

    0,94

    Свинец

    0,22

    Серебро

    0,015

    Сталь

    0,103 — 0,137

    Титан

    0,6

    Хромаль

    1,3 — 1,5

    Цинк

    0,054

    Чугун

    0,5-1,0

    Ответ: нить накаливания сделана из константана.

    Закон Ома для полной цепи

    Мы разобрались с законом Ома для участка цепи. А теперь давайте узнаем, что происходит, если цепь полная: у нее есть источник, проводники, резисторы и другие элементы.

    В таком случае вводится Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

    Так, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по-порядку.

    Что такое ЭДС и откуда она берется

    ЭДС расшифровывается, как электродвижущая сила. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в Вольтах.

    • ЭДС — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. Например, из батарейки.

    Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

    Зачастую напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально, это не так, но при решении задач чаще всего и правда нет разницы, так как эти величины обе измеряются в Вольтах и определяют очень похожие по сути своей процессы.

    В виде формулы Закон Ома для полной цепи будет выглядеть следующим образом:

    Закон Ома для полной цепи

    I = ε/(R + r)

    I — сила тока [A]

    ε — ЭДС [В]

    R — сопротивление [Ом]

    r — внутреннее сопротивление источника [Ом]

    Любой источник не идеален. В задачах это возможно («источник считать идеальным», вот эти вот фразочки), но в реальной жизни — точно нет. В связи с этим у источника есть внутреннее сопротивление, которое мешает протеканию тока.

    Решим задачу на полную цепь.

    Задачка

    Найти силу тока в полной цепи, состоящей из одного резистора сопротивлением 3 Ом и источником с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

    Решение:

    Возьмем закон Ома для полной цепи:

    I = ε/(R + r)

    Подставим значения:

    I = 4/(3+1) = 1 A

    Ответ: сила тока в цепи равна 1 А.

    Когда «сопротивление бесполезно»

    Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти резистор и пойти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. При этом с резисторами просто разных номиналов это не сработает: он не пойдет просто через меньшее сопротивление, а распределится согласно закону Ома — больше тока пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

    А вот на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через резистор не пойдет.


    Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

    Теперь давайте посмотрим на закон Ома для участка цепи еще раз.

    Закон Ома для участка цепи

    I = U/R

    I — сила тока [A]

    U — напряжение [В]

    R — сопротивление [Ом]

    Подставим сопротивление, равное 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а на математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы вам раскроем страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упрощать такое сложное вычисление (а именно потому что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя производить), то получится бесконечность.

    То есть:

    I = U/0 = ∞

    Такой случай называют коротким замыканием — когда величина силы тока настолько велика, что можно устремить ее к бесконечности. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все ломается.

    Это происходит, потому что две точки цепи имеют между собой напряжение (то есть между ними есть разница). Это как если вдоль реки неожиданно появляется водопад. Из-за этой разницы возникает искра, которую можно избежать, поставив в цепь резистор.

    Именно во избежание коротких замыканий нужно дополнительное сопротивление в цепи.

    Параллельное и последовательное соединение

    Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.


    Последовательное соединение

    Параллельное соединение

    Схема

    Резисторы следуют друг за другом

    Между резисторами есть два узла

    Узел — это соединение трех и более проводников

    Сила тока

    Сила тока одинакова на всех резисторах

    I = I1 = I2

    Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил токов, выходящих из него

    I = I1 + I2

    Напряжение

    Общее напряжение цепи складывается из напряжений на каждом резисторе

    U = U1 + U2

    Напряжение одинаково на всех резисторах

    U = U1 = U2

    Сопротивление

    Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого резистора

    R = R1 + R2

    Общее сопротивление для бесконечного количества параллельно соединенных резисторов

    1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

    Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов

    R = (R1 * R2)/R1 + R2

    Общее сопротивление бесконечного количества параллельно соединенных одинаковых резисторов

    R = R1/n

    Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

    Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные значения резисторов, от которых нельзя отойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его нужно соорудить из других резисторов.

    Параллельное соединение также используют, как «запасной аэродром»: когда на конечный результат общее сопротивление сильно не повлияет, но в случае отказа одного из резисторов, будет работать другой.

    Признаемся честно: схемы, которые обычно дают в задачах (миллион параллельно соединенных резисторов, к ним еще последовательный, а к этому последовательному еще миллион параллельных) — в жизни не встречаются. Но навык расчета таких схем впоследствии упрощает подсчет схем реальных, потому что так вы невооруженным глазом отличаете последовательное соединение от параллельного.

    Решим несколько задач на последовательное и параллельное соединение.

    Задачка раз

    Найти общее сопротивление цепи.

    R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.


    Решение:

    Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

    R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

    Ответ: общее сопротивление цепи равно 10 Ом

    Задачка два

    Найти общее сопротивление цепи.

    R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом


    Решение:

    Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

    R = (R1 * R2)/R1 + R2 = 4*2/4+2 = 4/3 = 1 ⅓ Ом

    Ответ: общее сопротивление цепи равно 1 ⅓ Ом

    Задачка три

    Найти общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

    R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом


    Решение:

    Сначала обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они также влияют на цепь.

    В данном случае соединение является смешанным. Лампы соеденены параллельно, а последовательно к ним подключен резистор.

    Сначала посчитаем общее сопротивление для ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

    Rламп = (R2 * R3)/R2 + R3 = 2*3/2+3 = 6/5 = 1,2 Ом

    Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

    R = R1 + Rламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

    Ответ: общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

    Наконец-то, последняя и самая сложная задача! В ней собрали все самое серьезное из этой статьи 💪.

    Задачка четыре со звездочкой

    К аккумулятору с ЭДС 12 В, подключена лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением каждый по 10 Ом. Известно, что ток в цепи 0,5 А, а сопротивление лампочки R/2.2)/2R = R/2 = 10/2 = 5 Ом

    И общее сопротивление цепи равно:

    R = Rлампы + Rрезисторов = 5 + 5 = 10 Ом

    Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

    I = ε/(R + r)

    R + r = ε/I

    r = ε/I — R

    Подставим значения:

    r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

    Ответ: внутреннее сопротивление источника равно 14 Ом.

    Урок 30. Лабораторная работа № 07. Изучение закона Ома для участка цепи.

    Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи»

       Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

       Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

    Ход работы.

    Краткие теоритические сведения

       Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц

       Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

       Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

     

       В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А].

       [1A=1Кл/1с]

       Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

       На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

       Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2

       U12 = φ1 – φ2             

       U – напряжение

       Aработа тока

       qэлектрический заряд

       Единица напряжения – Вольт [В]

       [1B=1Дж/1Кл]

       Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

       На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

       Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

       Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

       

       S – площадь поперечного сечения проводника

       lдлина проводника

       ρ – удельное сопротивление проводника

       В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

       Графическая зависимость силы тока I от напряжения Uвольт-амперная характеристика

       Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.


       Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

    Практическая часть

       1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

       

       2. Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи  реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

       Таблица 1Сопротивление участка 2 Ом

    Напряжение, В

         

    Сила тока, А

         

       3. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

       4. Опыт 2Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

       Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

    Сопротивление участка, Ом

         

    Сила тока, А

         

       5. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

       6. Ответьте на контрольные вопросы.

    Контрольные вопросы

    1. Что такое электрический ток?

    2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

    3. Какова единица измерения силы тока?

    4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

    5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

    6. Какова единица измерения напряжения?

    7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

    8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

    9. Какова единица измерения сопротивления?

    10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

    Вариант выполнения измерений.

    Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи  реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

     Таблица 1Сопротивление участка 2 Ом

    Напряжение, В

    1

    2

    3

    Сила тока, А

    0,5

    1,0

    1,5

    По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

    Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

    Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

    Сопротивление участка, Ом

    1

    2

    4

    Сила тока, А

    2,0

    1,0

    0,5

    По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

     

    Презентация: «Лабораторная работа: «Изучение закона Ома для участка цепи» .

     

    {edocs}fizpr/lr7f.pptx,800,600{/edocs}

    Сопротивление

    — Элементы схемы — Содержание MCAT

    Согласно закону Ома, падение напряжения , В на резисторе, когда через него протекает ток, рассчитывается по формуле V = IR, где I — ток в амперах (А), а R — сопротивление в Ом (Ом).

    Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В. . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению.Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R, которое не зависит от напряжения V и тока I. Объект с простым сопротивлением называется резистором, даже если его сопротивление невелико.

    Резисторы последовательно

    Резисторы

    включены последовательно всякий раз, когда поток заряда или ток должен проходить через компоненты последовательно.

    Общее сопротивление в цепи равно сумме отдельных сопротивлений.

    Параллельные резисторы

    Резисторы

    включены параллельно, когда каждый резистор подключен непосредственно к источнику напряжения путем соединения проводов с незначительным сопротивлением. Таким образом, к каждому резистору приложено полное напряжение источника.

    На каждый резистор в цепи подается полное напряжение. По закону Ома токи, протекающие через отдельные резисторы, равны I1 = VR1

    .

    Общее сопротивление в параллельной цепи равно сумме обратных величин каждого отдельного сопротивления.

    Удельное сопротивление — это свойство материала, которое количественно определяет, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток. Низкое удельное сопротивление указывает на материал, который легко пропускает электрический ток, и наоборот. Рассчитывается как:

    ρ = R • A / L

    R — электрическое сопротивление однородного образца материала

    л — длина экземпляра

    А — площадь поперечного сечения образца


    Практические вопросы

    Ханская академия

    Анализ сигналов напряжения электрокардиограммы


    Официальная подготовка MCAT (AAMC)

    Физика онлайн Карточки Вопрос 1

    Physics Question Pack Отрывок 9, вопрос 54

    Physics Question Pack Отрывок 9, вопрос 56

    Пакет вопросов по физике, вопрос 117

    Секция банка C / P Вопрос 15 секции

    Секция банка C / P Вопрос 17 секции

    Образец теста C / P Раздел Отрывок 7 Вопрос 35

    Практический экзамен 1 Секция C / P Отрывок 10 Вопрос 52

    Практический экзамен 2 Раздел C / P, вопрос 59

    Практический экзамен 3 Раздел C / P Отрывок 7 Вопрос 39


    Ключевые точки

    • Падение напряжения V на резисторе при протекании через него тока рассчитывается по формуле V = IR

    • Общее сопротивление в цепи равно сумме отдельных сопротивлений.

    • Общее сопротивление в параллельной цепи равно сумме обратных величин каждого отдельного сопротивления.

    • Удельное сопротивление измеряет, насколько сильно материал сопротивляется или проводит электрический ток.


    Ключевые термины

    ток : количество заряда, перемещающегося через поперечное сечение за период времени.

    напряжение : Разность электрических потенциалов, выраженная в вольтах

    сопротивление : Сопротивление — это мера сопротивления току, протекающему в электрической цепи.

    удельное сопротивление: свойство материала, которое количественно определяет, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток

    ресурсов

    Последовательная цепь

    Глобусы, подключенные последовательно

    В последовательной цепи одна за другой подключены две или более нагрузки.

    У тока есть только один путь, по которому оно может течь.

    Примером последовательной схемы является набор огней на елку.Все шары ставятся один за другим.

    Путь только один, поэтому ток будет одинаковым в любой точке цепи.

    Принципиальная схема, показывающая три последовательно включенных резистора

    Общее сопротивление в последовательной цепи будет равно сумме каждого отдельного сопротивления в цепи.

    Чем больше нагрузок помещено в цепь, тем больше сопротивление.

    Общее сопротивление для последовательной цепи рассчитывается по следующей формуле:

    R T = R 1 + R 2 + R 3

    Закон напряжения Кирхгофа

    Вольтметр на каждом резисторе в последовательной цепи т

    Закон Кирхгофа расширяет закон Ома в отношении напряжений на сопротивлениях в последовательной цепи. Общее напряжение питания будет равно сумме падений напряжения на каждом резисторе.

    Общее падение напряжения (В T ) рассчитывается по формуле:

    V T = V 1 + V 2 + V 3

    Если известны как ток, так и каждое значение сопротивления, то можно использовать закон Ома для расчета падения напряжения на каждом резисторе.

    Например:

    В 1 = IR 1

    Рассеиваемая мощность

    Мощность, рассеиваемая в последовательной цепи, зависит от напряжения питания, приложенного к цепи, и тока, протекающего в цепи.Ток зависит от общего сопротивления цепи.

    Из раздела о мощности вы знаете формулу рассеиваемой мощности:

    P = VI

    Мощность, рассеиваемая в каждом отдельном компоненте, зависит от сопротивления компонента. Общая рассеиваемая мощность будет равна сумме мощности, рассеиваемой каждым отдельным сопротивлением. В зависимости от известных значений комбинации формулы мощности, а также закона Ома могут использоваться для расчета рассеиваемой мощности (или любого другого неизвестного значения).

    Пример

    На приведенной выше принципиальной схеме, если значения:

    В Т = 20 В

    R 1 = 50 Ом

    R 2 = 20 Ом

    R 3 = 100 Ом

    Общее сопротивление можно рассчитать следующим образом:

    R T = R 1 + R 2 + R 3

    R T = 50 + 20 + 100

    R T = 170 Ом

    Какая общая рассеиваемая мощность?

    Вы можете рассчитать текущий расход, а затем рассчитать мощность.Вместо этого вы можете использовать подстановку, чтобы получить формулу.

    В формуле P = VI замените I на V T / R T , чтобы получить формулу

    P T = V T x V T / R T , что совпадает с

    P T = V T 2 / R T

    P T = 20 2 /170

    P T = 0,235 Вт или 235 мВт

    3.2: Закон Ома, Закон Джоуля и последовательные / параллельные формулы

    Закон Ома

    Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению V. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению : I V.

    Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием.Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная зависимость возникает не всегда.

    Сопротивление и простые схемы

    Если напряжение управляет током, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление обратно пропорционально току, или I.

    Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем I =.

    Это соотношение также называется законом Ома. Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах.Омические материалы имеют сопротивление R, которое не зависит от напряжения V и тока I. Объект с простым сопротивлением называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является Ом и обозначается символом Ω (заглавная греческая омега). Перестановка I = дает R = , и поэтому единицы сопротивления: 1 Ом = 1 вольт на ампер: 1 Ом = 1.

    На рисунке показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор.Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в R.

    Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

    Интерактивный или медиа-элемент был исключен из этой версии текста.Вы можете просмотреть его здесь: http://pressbooks.oer.hawaii.edu/buildingmaint/?p=150

    Установление соединений: Соединения в реальном мире

    Закон Ома (V = IR) — это фундаментальная зависимость, которая может быть представлена ​​линейной функцией, в которой наклон линии представляет собой сопротивление. Сопротивление представляет собой напряжение, которое необходимо приложить к резистору для создания в цепи тока 1 А. График (на рисунке ниже) показывает это представление для двух простых схем с резисторами, которые имеют разное сопротивление и, следовательно, разные наклоны.

    На рисунке показано соотношение между током и напряжением для двух разных резисторов. Наклон графика представляет значение сопротивления, которое составляет 2 Ом и 4 Ом для двух показанных линий.

    Материалы, которые подчиняются закону Ома, имея линейную зависимость между напряжением и током, известны как омические материалы. С другой стороны, некоторые материалы демонстрируют нелинейную зависимость напряжения от тока и, следовательно, известны как неомические материалы.На рисунке ниже показаны соотношения между текущим и напряжением для двух типов материалов.

    Рисунок №. Показано соотношение между напряжением и током для омических и неомических материалов.

    Очевидно, что сопротивление омического материала (показано на (а)) остается постоянным и может быть рассчитано путем определения наклона графика, но это неверно для неомического материала (показано на (b)).

    Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012 Ом или более.Сопротивление сухого человека может составлять 105 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом. Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10-5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделах «Сопротивление и удельное сопротивление».

    Дополнительное понимание можно получить, решив I = для V, что дает V = IR.

    Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, создаваемое током I.Для обозначения этого напряжения часто используется фраза IR drop . Например, фара в примере имеет падение ИК-излучения 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Здесь сохранение энергии имеет важные последствия.Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE = qΔV, и через каждую из них протекает одинаковое q. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. Рисунок.)

    Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

    Создание соединений: сохранение энергии

    В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму только с помощью резистора. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет и другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

    Интерактивный или медиа-элемент был исключен из этой версии текста.Вы можете просмотреть его здесь: http://pressbooks.oer.hawaii.edu/buildingmaint/?p=150

    Последовательные и параллельные резисторы

    Большинство схем имеет более одного компонента, называемого резистором, который ограничивает поток заряда в цепи. Мера этого предела для потока заряда называется сопротивлением. Простейшие комбинации резисторов — это последовательное и параллельное соединение, показанное на рисунке. Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от способа их подключения.

    Изображение показывает (а) Последовательное соединение резисторов. (б) Параллельное соединение резисторов.

    При параллельном подключении резисторов от источника протекает больше тока, чем протекает по любому из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

    Закон Джоуля

    Энергия у многих людей ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии? На ум могут прийти линии электропередач.Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт. (См. Рисунок (a).) Поскольку оба работают от одного и того же напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает.Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

    Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — перемещаемый заряд, а V — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна P = =.

    Учитывая, что ток равен I = ( обратите внимание, что Δt = t здесь), выражение для мощности становится P = IV.

    Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, так что цепь может выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А) (12 В) = 240 Вт.В некоторых приложениях электрическая мощность может быть выражена в вольт-амперах или даже киловольт-амперах 1 кА⋅В = 1 кВт.

    Чтобы увидеть отношение мощности к сопротивлению, мы объединяем закон Ома с P = IV. Подстановка I = V / R дает P = () V = V 2 / R . Аналогично, замена V = IR дает P = I (IR) = I 2 R . Для удобства здесь собраны три выражения для электроэнергии:

    P = IV

    P = V 2 / R

    P = I 2 R.

    Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.)

    Различные идеи можно получить из трех различных выражений для электроэнергии.Например, P = V 2 / R означает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше мощность. Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V 2 / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза и составляет примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

    Закон Кирхгофа для сложных схем | ОРЕЛ

    Закон

    Ома — ваш золотой билет для расчета напряжения, тока или сопротивления в простой последовательной или параллельной цепи, но что происходит, когда ваша схема более сложная? Возможно, вы разрабатываете электронику с параллельным и последовательным сопротивлением, и закон Ома начинает падать. Или что, если у вас нет источника постоянного тока? В таких ситуациях, когда нельзя использовать только V = IR, пора встать на плечи Ома и применить закон Кирхгофа.Здесь мы рассмотрим, что такое Закон Кирхгофа для цепей и как его использовать для анализа напряжения и тока сложных электрических цепей.

    Что такое Окружной закон Кирхгофа?

    Когда вы строите сложную схему, включающую мосты или тройники, вы не можете полагаться исключительно на закон Ома, чтобы найти напряжение или ток. Здесь пригодится закон Кирхгофа, который позволяет рассчитывать как ток, так и напряжение для сложных цепей с помощью системы линейных уравнений.Существует два варианта закона Кирхгофа, в том числе:

    • Закон Кирхгофа: Для анализа полного тока сложной цепи
    • Закон Кирхгофа о напряжении : для анализа полного напряжения сложной цепи
    • Когда вы объединяете эти два закона, вы получаете Окружной закон Кирхгофа

    Как и любой другой научный или математический закон, названный в честь их создателя, Закон Кирхгофа был изобретен немецким физиком Густавом Кирхгофом.Густав был известен многими достижениями при жизни, в том числе теорией спектрального анализа, которая доказала, что элементы излучают уникальный световой узор при нагревании. Когда Кирхгоф и химик Роберт Бунзен проанализировали эти световые узоры через призму, они обнаружили, что каждый элемент периодической таблицы имеет свою уникальную длину волны. Открытие этого паттерна позволило дуэту открыть два новых элемента, цезий и рубидий.

    Густав Кирхгоф (слева) и Роберт Бунзен (справа)

    Кирхгоф позже применил свою теорию спектрального анализа для изучения состава Солнца, где он обнаружил множество темных линий в спектре длин волн Солнца.Это было вызвано тем, что газ Солнца поглощал световые волны определенной длины, и это открытие ознаменовало начало новой эры исследований и исследований в области астрономии.

    Немного ближе к дому в мире электроники, Кирхгоф объявил свой свод законов для анализа тока и напряжения в электрических цепях в 1845 году, известный сегодня как Закон Кирхгофа о цепях. Эта работа строится на основе, изложенной в законе Ома, и помогла проложить путь для анализа сложных схем, на который мы полагаемся сегодня.

    Первый закон — Действующий закон Кирхгофа

    Закон Кирхгофа по току гласит, что величина тока, входящего в узел, равна величине тока, выходящего из узла. Почему? Потому что, когда ток входит в узел, ему некуда идти, кроме выхода. То, что входит, должно выходить наружу. Вы можете определить узел, в котором два или более пути соединены общей точкой. На схеме это будет точка соединения, соединяющая две пересекающиеся сетевые соединения.

    Взгляните на изображение ниже, чтобы визуально понять этот Закон.Здесь у нас есть два тока, входящие в узел, и три тока, выходящие из узла. Согласно закону тока Кирхгофа, взаимосвязь между этими токами, входящими в узел и выходящими из него, может быть представлена ​​как I 1 + I 2 = I 3 + I 4 + I 5 .

    Текущий закон Кирхгофа, ток на входе должен равняться току на выходе. (Источник изображения)

    Когда вы уравновешиваете это уравнение как алгебраическое выражение, вы заключаете, что текущий вход и выход из узла всегда будет равен 0, или I 1 + I 2 + (-I 3 + -I 4 + -I 5 ) = 0 Все должно уравновешиваться, и Кирхгоф назвал этот принцип Сохранением заряда .

    Давайте посмотрим на пример схемы, чтобы увидеть, как это работает. Ниже представлена ​​схема с четырьмя узлами: A, C, E и F. Сначала ток течет от источника напряжения и отделяется в узле A, а затем протекает через резисторы R1 и R2. Оттуда ток рекомбинирует в узле C и снова разделяется, чтобы протекать через резисторы R3, R4 и R5, где он встречается с узлом E и узлом F.

    (Источник изображения)

    Чтобы подтвердить закон Кирхгофа в этой цепи, нам необходимо предпринять следующие шаги:

    1. Рассчитайте полный ток цепи
    2. Рассчитайте ток, протекающий через каждый узел
    3. Сравните входные и выходные токи в определенных узлах, чтобы подтвердить текущий закон Кирхгофа.

    1. Рассчитайте общий ток

    Здесь мы используем закон Ома, чтобы получить полный ток нашей цепи, равный I = V / R . У нас уже есть общее напряжение 132 В, и теперь нам просто нужно найти общее сопротивление во всех наших узлах. Для этого требуется простой метод расчета общего сопротивления резисторов, подключенных параллельно, которое составляет:

    Начиная с узла AC, мы получаем следующее сопротивление для параллельных резисторов R1 и R2:

    И переходя к узлу CEF, мы получаем следующее сопротивление для параллельных резисторов R3, R4 и R5:

    Теперь у нас есть общее сопротивление 11 Ом для всей цепи, которое мы можем затем подключить к закону Ома I = V / R , чтобы получить общий ток в нашей цепи:

    2.Расчет узловых токов

    Теперь, когда мы знаем, что из нашей цепи выходит 12 ампер, мы можем рассчитать ток в каждом наборе узлов. Мы снова воспользуемся помощью закона Ома в форме I = V / R , чтобы получить ток для каждой ветви узла.

    Для начала нам нужны напряжения для узловых ветвей AC и CF:

    Затем мы можем рассчитать ток для каждой ветви узла:

    3. Подтвердите действующий закон Кирхгофа

    После вычисления тока для каждой ветви узла у нас теперь есть две отдельные контрольные точки, которые мы можем использовать для сравнения наших входных и выходных токов.Это позволит нам проанализировать нашу схему и подтвердить текущий закон Кирхгофа следующим образом:

    Второй закон — Закон Кирхгофа о напряжении

    Закон Кирхгофа о напряжении гласит, что в любой цепи с замкнутым контуром полное напряжение всегда будет равно сумме всех падений напряжения в контуре. Вы обнаружите, что падение напряжения происходит всякий раз, когда ток проходит через пассивный компонент, такой как резистор, и Кирхгоф назвал этот закон Сохранением энергии .Опять же, то, что входит, должно выходить наружу.

    Взгляните на изображение ниже, чтобы понять это визуально. В этой схеме у нас есть источник напряжения и четыре области в цепи, где напряжение столкнется с пассивным компонентом, что вызовет заметное падение напряжения.

    Поскольку эти пассивные компоненты соединены последовательно, вы можете просто сложить общее падение напряжения и сравнить его с общим напряжением, чтобы получить соотношение, которое выглядит следующим образом:

    Давайте начнем с простой схемы, чтобы продемонстрировать, как это работает.В приведенном ниже примере у нас есть две известные переменные: полное напряжение и падение напряжения на R1.

    (Источник изображения)

    Что нам нужно выяснить, так это падение напряжения на R2, и мы можем использовать закон напряжения Кирхгофа, чтобы выяснить это со следующей зависимостью:

    Поскольку полное падение напряжения в цепи должно равняться общему напряжению источника, это обеспечивает простой способ вычисления нашей недостающей переменной. Если бы вы захотели выразить это соотношение в виде правильного алгебраического выражения, вы бы получили сумму всех падений напряжения и общее напряжение, равное нулю, как показано здесь:

    Давайте посмотрим на другой пример.В схеме ниже у нас есть три резистора, подключенных последовательно с батареей на 12 В.

    Чтобы проверить закон напряжения Кирхгофа в этой цепи, нам необходимо предпринять следующие шаги:

    1. Вычислить общее сопротивление цепи
    2. Рассчитайте общий ток цепи
    3. Рассчитайте ток через каждый резистор
    4. Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе

    Сравните источник напряжения с общим падением напряжения , чтобы подтвердить закон Кирхгофа о напряжении

    1.Рассчитайте общее сопротивление

    Поскольку все наши резисторы соединены последовательно, мы можем легко найти общее сопротивление, просто сложив все значения сопротивления вместе:

    2. Рассчитайте общий ток

    Теперь, когда мы знаем наше полное сопротивление, мы снова можем использовать закон Ома, чтобы получить полный ток нашей цепи в виде I = V / R, , который выглядит так:

    3. Рассчитайте ток через каждый резистор

    Поскольку все наши резисторы соединены последовательно, через них будет проходить одинаковый ток, который мы можем выразить как:

    4.Рассчитайте падение напряжения на каждом резисторе

    .

    В нашем окончательном расчете мы снова будем использовать закон Ома, чтобы получить полное падение напряжения для каждого резистора в виде В = IR , которое выглядит следующим образом:

    5. Подтвердите закон Кирхгофа о напряжении

    Теперь у нас есть все необходимые данные, включая общее напряжение нашей цепи, а также каждое падение напряжения на каждом из наших резисторов. Собирая все это вместе, мы можем легко проверить закон напряжения Кирхгофа с помощью следующего соотношения:

    Это также можно выразить как:

    Как видите, полное напряжение равно общему падению напряжения в нашей цепи.То, что входит, должно выйти наружу, и закон Кирхгофа снова работает!

    Процесс использования закона Кирхгофа об округах

    Понимая, как работает закон Кирхгофа, в вашем наборе инструментов теперь есть новый инструмент для анализа напряжения и тока в полных цепях. При использовании этих Законов в дикой природе рассмотрите возможность использования следующего пошагового процесса:

    1. Во-первых, начните с маркировки всех известных напряжений и сопротивлений на вашей цепи.
    2. Затем назовите каждую ветвь в вашей цепи текущей меткой, например I1, I2, I3 и т. Д.Ветвь — это один или группа компонентов, соединенных между двумя узлами.
    3. Затем найдите текущий закон Кирхгофа для каждого узла в вашей цепи.
    4. Затем найдите закон напряжения Кирхгофа для каждого из независимых контуров в вашей цепи.

    После того, как вы рассчитали законы Кирхгофа по току и напряжению, вы можете использовать свои уравнения, чтобы найти недостающие токи. Готовы попробовать это самостоятельно? Взгляните на схему ниже и посмотрите, сможете ли вы проверить закон тока Кирхгофа и закон напряжения с небольшой помощью Ома!

    Оставьте свои ответы в комментариях ниже!

    Стоя на плечах Ома

    Имея в руках Закон Кирхгофа о цепях, теперь у вас есть все инструменты, необходимые для анализа напряжения и тока для сложных цепей.Как и многие другие научные и математические принципы, закон Кирхгофа стоит на плечах того, что было до него — закона Ома. Вы обнаружите, что используете закон Ома для расчета отдельных сопротивлений, напряжений или токов, а затем, основываясь на этих расчетах с законом Кирхгофа, увидите, соответствует ли ваша схема этим принципам тока и напряжения.

    Готовы применить закон Кирхгофа в своем собственном проекте по разработке электроники? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

    ИСКРЫ: Расчет импеданса

    Расчет импеданса

    В цепях переменного тока Закон Ома принимает более общая форма: E = I⋅Z , где E — напряжение, а I актуален, как и раньше.Новый член, Z , равен импедансу , комбинация векторов:

    • Сопротивление, R (в Ом), при падении напряжения синфазно с электрический ток.
    • Индуктивное реактивное сопротивление, X L (в Ом), с напряжением опускает опережающий ток на 90 °.
    • Емкостное реактивное сопротивление, X C (в Ом) с напряжением падает , отставая от тока на 90 °.

    f = 6,4 кГц R = 120 Ом
    L = 3,6 мГн C = 0,38 мкФ

    Рисунок 1. Пример цепи RLC

    Рис. 2. Векторная сумма R и
    X L X C дает Z

    Из формул для X L и X C можно видим, что реактивные сопротивления зависят от обоих значений компонентов L и C , а также частота переменного тока, f :

    а также

    , где f — частота в Герцы (или сек -1 ), L — индуктивность по Генри, а C — емкость в фарадах.Потому что X L и X C различаются по фазе на 180 °, общее реактивное сопротивление X последовательной цепи составляет X L X C .

    Знакомые применения закона Ома, такие как последовательная и параллельная цепь. расчеты, все еще применяются. Однако теперь вы должны рассмотреть конкурирующий вектор. вклады от сопротивлений и реактивных сопротивлений.

    Фазовые углы и векторы

    Давайте найдем полное сопротивление цепи на Рисунке 1.Используя формулы выше:

    Создавая импеданс Z , резистор вносит вклад в горизонтальную составная часть. Вертикальная составляющая — это разница реактивных сопротивлений: X L X C . Тогда Z — это векторная сумма R и X L X C , как показано на рисунке 2.

    На рисунке 2 видно, что Z — гипотенуза прямоугольного треугольника, мы можем использовать теорему Пифагора и геометрию прямоугольного треугольника, чтобы вычислить Z .

    Итак, в этой схеме мы наблюдаем эффект импеданса 144 Ом, при отставании тока от напряжения питания на фазовый угол 33,5 °.

    Как можно догадаться из приведенного выше обсуждения, вполне возможно, что индуктивное и емкостное сопротивление для точной компенсации при правильной комбинации из L , C и f ценности.Это очень важное условие, известное как резонанс .

    Сопротивление серии

    — Inst Tools

    Общее сопротивление в последовательной цепи равно сумме всех частей этой цепи, как показано в уравнении ниже.

    R
    T = R1 + R2 + R3… и т. Д.

    , где
    R T = общее сопротивление
    R1, R2 и R3 = последовательное сопротивление

    Пример:

    В последовательной цепи последовательно подключены резисторы 60 Ом, 100 Ом и 150 Ом (Рисунок 18).Какое полное сопротивление цепи?

    Рисунок 18 Сопротивление в последовательной цепи

    Решение:

    РТ = R1 + R2 + R3

    РТ = 60 + 100 + 150

    RT = 310 Ом

    Общее напряжение в последовательной цепи равно сумме напряжений на каждом резисторе в цепи (рисунок 19), как показано в уравнении ниже.

    VT = V1 + V2 + V 3… и т. Д.

    где

    VT = общее напряжение

    V1 = напряжение на R1

    V2 = напряжение на R2

    V3 = напряжение на R3

    Рисунок 19 Падения напряжения в последовательной цепи

    Теперь закон

    Ома может применяться ко всей последовательной цепи или к отдельным составным частям цепи.При использовании на отдельных компонентах напряжение на этой части равно току, умноженному на сопротивление этой части. Для схемы, показанной на рисунке 20, напряжение можно определить, как показано ниже.

    V1 = IR1
    V2 = IR2
    V3 = IR3

    VT = V1 + V2 + V3

    VT = 10 В + 24 В + 36 В
    VT = 70 В

    Рисунок 20 Суммарное напряжение в последовательной цепи

    Чтобы найти полное напряжение в последовательной цепи, умножьте ток на общее сопротивление, как показано в уравнении ниже.

    В
    Т = I. R Т

    где

    VT = общее напряжение
    I = ток
    R T = общее сопротивление

    Пример 1:

    В последовательной цепи последовательно подключены резисторы 50 Ом, 75 Ом и 100 Ом (Рисунок 21). Найдите напряжение, необходимое для получения тока 0,5 ампер.

    Рисунок 21 Пример 1 последовательной цепи

    Решение:

    Шаг 1: Найдите ток в цепи.Как мы уже знаем, ток в последовательной цепи один и тот же, он уже составляет 0,5 ампер.

    Шаг 2: Найдите R T

    РТ = R1 + R2 + R3

    RT = 50 Ом + 75 Ом + 100 Ом

    RT = 225 Ом

    Шаг 3: Найдите VT.

    Используйте закон Ома. V T = I. R т

    VT = 0,5 x 225

    VT = 112,5 вольт

    Пример 2:

    Аккумулятор на 120 В последовательно соединен с тремя резисторами: 40 Ом, 60 Ом и 100 Ом (Рисунок 22).Найдите напряжение на каждом резисторе.

    Рисунок 22 Пример 2 последовательной цепи

    Решение:

    Шаг 1: Найдите полное сопротивление.

    РТ = R1 + R2 + R3

    RT = 40 Ом + 60 Ом + 100 Ом

    RT = 200 Ом

    Шаг 2: Найдите ток цепи (I).

    Используйте закон Ома. V T = I. R т

    Решение для I

    I = V T / R T

    I = 120/200 = 0.6 ампер

    Шаг 3: Найдите напряжение на каждом компоненте.

    V1 = IR1
    V1 = (0,6 А) (40 Ом)
    V1 = 24 В

    V2 = IR2
    V2 = (0,6 А) (60 Ом)
    V2 = 36 В

    V3 = IR3
    V3 = (0,6 А) (100 Ом)
    V3 = 60 В

    Напряжения V1, V2 и V3 в Примере 2 известны как «падения напряжения» или «падения IR». Их действие заключается в уменьшении доступного напряжения, подаваемого на другие компоненты схемы. Сумма падений напряжения в любой последовательной цепи всегда равна приложенному напряжению.Мы можем проверить наш ответ в примере 2, используя уравнение

    ниже.
    VT = V1 + V2 + V3

    120 В = 24 В + 36 В + 60 В

    120 вольт = 120 вольт

    Напряжение на компонентах в последовательной цепи — Практические электрические и электронные схемы — National 5 Physics Revision

    Мы измеряем напряжения в цепи с помощью вольтметра.

    Вольтметр подключается параллельно компоненту.

    Напряжение питания распределяется между компонентами в последовательной цепи, поэтому сумма напряжений на всех компонентах в последовательной цепи равна напряжению питания \ ({V_s} \).

    Цепь с элементом, замкнутым переключателем и тремя последовательно соединенными лампами

    Мы можем записать это соотношение напряжений как:

    \ [{V_s} = {V_1} + {V_2} + {V_3} + …. \]

    Напряжение на каждом из компонентов, включенных последовательно, находится в той же пропорции, что и их сопротивление:

    • , если два идентичных компонента подключены последовательно, напряжение питания делится на них поровну
    • , если один компонент имеет в два раза большее сопротивление, чем с другой стороны, напряжение на компоненте с более высоким сопротивлением в два раза больше напряжения на компоненте с более низким сопротивлением.
    Вопрос

    Посмотрите на параллельную схему ниже — каковы показания вольтметра в каждом положении, когда переключатель замкнут?

    Положение 1: 0 В, 3 В или 6 В

    Положение 2: 0 В, 3 В или 6 В

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.