Закон ома для неоднородного участка цепи формула: Рассмотрим неоднородные участки электрических цепей и действующие в них законы

Закон Ома для неоднородного участка цепи

На неоднородном участке цепи плотность тока пропорциональна сумме напряженностей электростатического поля и поля сторонних сил, т.е.

                                                             .                                                (19)

Рассмотрим цилиндрический проводник длиной l с площадью поперечного сечения S. Умножим обе части равенства (19) на перемещение dl вдоль оси проводника и проинтегрируем получившееся соотношение по длине проводника от 0 до l:

что дает                                                  j× l =  ( + ).                                     (20)

 Заменив j на I/S, а  на  , из (20) получим  I = +  , откуда следует закон Ома для неоднородного участка цепи        I = ( + ) / R                          (21)

где R = l / S — сопротивление участка цепи 12. Для замкнутой цепи   формула (21) запишется в виде                                   I = / R                                              (22)

где R —  суммарное сопротивление всей цепи;  — ЭДС источника.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Пусть замкнутая цепь состоит из источника электрической энергии с ЭДС  и внутренним сопротивлением  r  ,а также внешней цепи потребителя, имеющей сопротивление R. Согласно (22)                 I = / (R + r).                                          (23)

Разность потенциалов на электродах источника, рис. 5, равна напряжению на внешнем участке цепи:                                   U = = IR = — Ir .                                       (24)

В общем случае, напряжение на внешнем участке цепи, рис. 5, будет равно             U = IR = R / (R + r).                   (25)

 В пределе, когда R  0 (источник тока замкнут накоротко), то в этом случае, в соответствии с (23), ток максимален

I= I = / r ,                                             (26)

а напряжение во внешней цепи равно нулю.

В противоположном предельном случае, R, т.е. цепь разомкнута и ток отсутствует: I=lim=0, а напряжение на зажимах источника максимально и равно его ЭДС: U = R / (R + r)=  ,  т. к. lim R / (R + r) = 1.                        (27)

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Ома для однородного и неоднородного контура. Закон Ома для участка цепи простым языком. Преобразуем исходные данные

Рис. 3 Перемещение заряда в этих областях возможно только с помощью силы

неэлектрическое происхождение (внешние силы): химические процессы, диффузия носителей заряда, вихревые электрические поля. Аналогия: насос, перекачивающий воду в водонапорную башню, работает за счет негравитационных сил (электродвигатель).

Внешние силы можно охарактеризовать по их работе с движущимися зарядами.

Величина, равная работе внешних сил по перемещению одиночного положительного заряда, называется электродвижущей силой. E.D.S. действуя в цепочке.

Понятно, что размер E.D.S. совпадает с размерностью потенциала, т.е. измеряется в вольтах.

Внешняя сила, действующая на заряд, может быть представлена ​​как:

Циркуляция вектора натяжения внешних сил равна EDS, действующей в замкнутом контуре (алгебраическая сумма EDS).

Следует помнить, что поле внешних сил не является потенциальным, и к нему нельзя применять термин — разность потенциалов или напряжение.

Рассмотрим неоднородный участок цепи, участок, содержащий источник ЭДС.

(т.е. область — где действуют неэлектрические силы). Напряженность поля E в любой точке цепочки равна векторной сумме поля кулоновских сил и поля внешних сил, т.е.

E = Eq + Est….

Величина, численно равная работе по переносу единичного положительного заряда за счет полного кулоновского поля и внешних сил в участке цепи (1-2), называется напряжением в этом участке U12 (рис. 4)

Это обобщенный закон Ома. Обобщенный закон Ома выражает закон сохранения энергии по отношению к участку цепи постоянного тока. Это одинаково справедливо как для пассивных разделов (не содержащих ЭЦП), так и для активных.

В электротехнике часто используется термин падение напряжения — изменение напряжения из-за передачи заряда через сопротивление

Где R Σ = R + r; r — внутреннее сопротивление активного участка цепи (рис.5).

Тогда закон Ома для замкнутого участка цепи, содержащего EDC, будет записан в

7.6. Закон Ома в дифференциальной форме.

Закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи (не содержащего ЭДС)

ρ — удельное объемное сопротивление; [ρ] = [Ом м].

Найдем связь между j и E в бесконечно малом объеме проводника — закон Ома в

дифференциальная форма.

В изотропном проводнике (в данном случае с постоянным сопротивлением) носители заряда (рис.6) движутся в направлении силового воздействия, т.е. плотности тока

j E, следовательно, векторы коллинеарны.

это закон Ома в дифференциальной форме.

Здесь σ — удельная электропроводность. Размер j — [Ом — 1 м — 1]; Плотность тока можно выразить через заряд, n, v r и т. Д.

j = en vr и т. Д.

обозначают: b = v E и т. Д., Затем v r dr. = b E;

j = enb E,

и если σ = enb,

где n — количество ионных пар, b — расстояние. j = j E

— Закон Ома в дифференциальной форме.

7.7. Работа и сила тока. Закон Джоуля-Ленца.

Рассмотрим произвольный участок цепи, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через каждый участок проводника

Полезно запомнить другие формулы мощности и производительности:

от Дж. Джоуля) — закон теплового действия электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Обнаружили обратимость электрических машин. Изучена зависимость сопротивления металлов от температуры. Работы также относятся к геофизике.

Независимо друг от друга Джоуль и Ленц показали, что при протекании тока в проводнике выделяется некоторое количество тепла:

(7.7.7) это закон Джоуля-Ленца в интегральной форме.

Следовательно, нагрев происходит за счет работы сил поля над зарядом (мощность тепловыделения N = RI2).

Получаем закон Джоуля — Ленца в дифференциальной форме.

dQ = RI 2 dt = ρ dS dl (jdS) 2 dt = ρj2 dldSdt = ρj2 dldSdt = ρj2 dVdt,

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Когда электрический ток проходит по замкнутой цепи, силы стационарного электрического поля и внешние силы действуют на свободные заряды.При этом на некоторых участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой схемы помимо сил стационарного электрического поля действуют и внешние силы. Участок цепи, на который действуют внешние силы, называется неоднородным участком цепи.

Чтобы выяснить, от чего зависит сила тока в этих областях, необходимо уточнить понятие напряжения.

Рассмотрим сначала однородный участок цепи (рис. 1, а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуется разностью потенциалов Δφ. Разность потенциалов на концах участка, где АК — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок схемы (рис. 1, б) содержит, в отличие от однородного участка, источник ЭДС, а к работе сил электростатического поля в этом участке добавляется работа внешних сил.По определению, где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; — разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка; … Затем говорят о напряжении за напряжением: Estac. NS. п. = Ee / stat. п. + Estor. Напряжение U на участке цепи — это физическая скалярная величина, равная суммарной работе внешних сил и сил электростатического поля на движение одиночного положительного заряда в этом участке:

Это видно из Эта формула показывает, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке.Если на площадку действуют только электрические силы (ε = 0), то. Таким образом, только для однородного участка схемы понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи:

где R — полное сопротивление неоднородного участка.

ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в сечение: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, протекающего по сечению (направление тока в сечении совпадает внутри источника с направлением тока в сечении). направление от отрицательного полюса к положительному), т.е.е. ЭДС способствует перемещению положительных зарядов в заданном направлении, тогда ε> 0, в противном случае, если ЭДС препятствует перемещению положительных зарядов в заданном направлении, то ε

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Для появления электрического тока в проводнике необходимо, чтобы внутри проводника существовало электрическое поле, признаком которого является наличие разности потенциалов на концах проводника.

В электрической цепи возможно создание электрического поля за счет присутствующих в ней зарядов.Для этого достаточно разделить заряды противоположных знаков, сосредоточив в одном месте цепи избыточный положительный заряд, а в другом — отрицательный (для создания заметных полей достаточно разделить ничтожную часть обвинения).

Разделение разноименных зарядов невозможно осуществить силами электростатического (кулоновского) взаимодействия, так как эти силы не только не разделяются, но, наоборот, стремятся соединить заряды противоположных знаков, что неизбежно приводит к выравниванию потенциалы и исчезновение поля в проводниках.Разделение разноименных зарядов в электрической цепи может осуществляться только силами неэлектрического происхождения.

Силы, разделяющие заряды в электрической цепи, создающие в ней электростатическое поле, называются сторонними .

Устройства, в которых действуют внешние силы, называются источниками тока .

Природа внешних сил может быть разной. В одних источниках эти силы обусловлены химическими процессами (гальванические элементы), в других — диффузией носителей заряда и контактными явлениями (контактная ЭДС), в третьих — наличием вихревого электрического поля (электрические генераторы) и т. Д.Внешние силы действуют на заряды только в источниках тока, а там они действуют либо на всем пути заряда через источник, либо на отдельных участках. В связи с этим говорят об источниках с распределенными и сосредоточенными внешними силами. Примером источника с распределенными внешними силами является электрогенератор — в нем эти силы действуют по всей длине обмотки якоря; Примером источника с сосредоточенными внешними силами является гальванический элемент — в нем эти силы действуют только в самом тонком слое, прилегающем к электродам.

Поскольку внешние силы действуют только в источнике, а электростатические — как в источнике, так и во внешней цепи, то в любой цепи есть участки, где на заряды одновременно действуют как внешние, так и электростатические силы. Участок цепи, в котором на заряды действуют только электростатические силы, называется, как уже упоминалось, однородным … Область, в которой на заряды одновременно действуют как электростатические, так и внешние силы, называется неоднородным … Другими словами, неоднородный раздел — это раздел, содержащий текущий источник.

Когда заряды движутся по такому участку, действуют электростатические и внешние силы. Работа внешних сил характеризуется электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Электродвижущая сила в данном участке цепи 1-2 называется скалярной физической величиной, численно равной работе, выполняемой внешними силами при перемещении одиночного положительного точечного заряда из точки 1 в точку 2

Работа электростатических сил характеризуется разностью потенциалов .

Разность потенциалов между точками 1 и 2 электрической цепи называется скалярной физической величиной, численно равной работе, совершаемой электростатическими силами при перемещении одиночного положительного точечного заряда из точки 1 в точку 2

.

Совместная работа внешних и электростатических сил в этом участке цепи характеризуется напряжением.

Напряжение в данном разделе 1-2 — это физическая величина, которая численно равна алгебраической сумме работы, выполняемой электростатическими и внешними силами при перемещении одиночного положительного точечного заряда из точки 1 ровно 2 .

.

Или, другими словами, .

Если сопротивление неоднородного участка 1-2 равно и через него протекает ток I , то, используя закон сохранения энергии, можно получить закон Ома для неоднородного участка цепи.

Если ток в цепи стационарный, участок цепи неподвижен и его температура не меняется, то единственным результатом работы тока в этом участке будет выделение тепла в окружающую среду.Суммарная работа тока, состоящая из работы электростатических и внешних сил, за т равна количеству выделившегося тепла.

и.

Тогда и после распилов

.

Отсюда — закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме: сила тока в неоднородном участке электрического значения прямо пропорциональна алгебраической сумме разности потенциалов на концах участка и ЭДС, действующая в этом сечении, обратно пропорциональна общему сопротивлению сечения.

Сила тока, разность потенциалов и ЭДС в этой формуле являются алгебраическими величинами. Их знак зависит от направления обхода площадки. Если направление тока совпадает с направлением байпаса, то оно считается положительным. Если источник тока посылает ток в направлении байпаса, то его ЭДС считается положительной. Ниже приводится пример записи закона Ома для неоднородного участка цепи, показанной на рис. 52.

При переходе из пункта А в пункт Б,

от Б до А.

То есть при изменении направления обхода все величины, входящие в закон Ома, меняют знак.

Таким образом, закон Ома как для однородных, так и для неоднородных областей является одним из проявлений закона сохранения и преобразования энергии.

4.5. Следствия закона Ома для неоднородного участка цепи.

Рассмотрим последствия закона Ома для неоднородного участка цепи.

1.Если в этом разделе нет источника тока (  12 = 0 ), то получаем закон Ома для однородной площади,

откуда следует что или.

Напряжение и разность потенциалов в однородном участке цепи равны друг другу.

2. Если рассматривать замкнутую цепь, то или. Подставляя это в исходную формулу, получаем

где — полное сопротивление цепи , сопротивление внешней части цепи, сопротивление внутренней части цепи (источника тока).

Тогда.

Ток в замкнутой цепи прямо пропорционален ЭДС и обратно пропорционален общему сопротивлению цепи. — Закон Ома для полной цепи.

3. Если цепь разомкнута, то в ней нет тока ( I = 0 ) ИК = 0 .

Тогда, то есть ЭДС равна по модулю и противоположна по знаку разности потенциалов на выводах открытого источника тока .

4.6. Мощность постоянного тока.

Мощность электрического тока в однородном участке цепи с сопротивлением может быть довольно просто определена как отношение работы, совершаемой силами электростатического поля при движении зарядов в проводнике, ко времени, в течение которого эта работа сделано:

Таким образом, мощность электрического тока на участке цепи пропорциональна квадрату силы тока и сопротивления участка.

Если рассматривать замкнутую схему (рис. 53), то в такой схеме принято рассматривать два типа мощности — полную и полезную. Полный называется мощностью, которая выделяется по всей цепи, то есть как на внешнем сопротивлении, так и на внутреннем сопротивлении источника тока. Тогда общая мощность может быть найдена как произведение квадрата силы тока и импеданса цепи:

, и используя закон Ома для замкнутой цепи, получаем:

.

Полезным называется мощность, которая выделяется на внешнем сопротивлении цепи, то есть она равна, и снова применяя закон Ома для замкнутой цепи, мы получаем:.

КПД (КПД) замкнутой цепи называется отношением полезной мощности к полной мощности. Используя полученные формулы, получаем:

Давайте выясним, как полезная, полная мощность и КПД зависят от сопротивления внешней цепи. Видно, что полная мощность максимальна при и уменьшается с увеличением внешнего сопротивления.Полезная мощность сначала увеличивается от нуля до определенного значения, а затем с ростом уменьшается. Чтобы узнать, при каком значении полезная мощность максимальна, необходимо приравнять производную нулю.

отсюда после сокращений получаем

Таким образом, максимальная мощность во внешней цепи развивается при условии, что сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению источника тока. Обратите внимание, что при этом условии КПД составляет всего 0,5, то есть только половина мощности, развиваемой источником тока, выделяется во внешней цепи, а остальная мощность идет на нагрев самого источника тока.

На рис. 54 графически изображает зависимость полной и полезной мощности, а также КПД для замкнутой цепи от величины внешнего сопротивления цепи.

Библиографический список

Савельев И.В. Общий курс физики: Т.2. Электричество. — М .: Наука, 1987. — 432 с.

Трофимова Т.И. Курс физики: учебник. Пособие для вузов. — 7-е изд., Стер. — М .: Высшее. школа, 2003. — 542 с .: ил.

Детлаф Ф.Ф., Яворский Б.М. Курс физики: учебник. Пособие для технических вузов. — М .: Наука, 1989. — 608 с.

Предисловие …………………………………………………………… ……………. 3

1. Электрическое поле в вакууме …………………………………… ……………… 4

1.1. Электромагнитное поле — материальный носитель

электромагнитное взаимодействие ……………………………… ……………. 4

1.2. Расходы на электроэнергию …………………………………………………… …… 4

1.3. Закон Кулона …………………………………………………… ………………… 5

1,5. Принцип наложения полей ………………… 7

1,6. Расчет электрических полей по принципу суперпозиции …………… 8

1,7. Линии вектора напряжения …………………………………………… ..10

1,8. Поток вектора напряжения ……………………………………………… … 11

1.9. Теорема Гаусса ………………………………………………… ……………….. 13

1.10. Применение теоремы Гаусса к расчету электрических полей ……………..12

1.11. Работа сил электростатического поля ………………………… ………………… 18

1.12. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля … … … …… 19

1.13. Электростатический потенциал …………………………… …………….. 20

1.14. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля … 21

1.15. Расчет потенциала и разности потенциалов в электростатическом поле … 23

2.Электрическое поле в диэлектриках ………………………………………… … 24

2.1. Проводники, диэлектрики, полупроводники ……………………………… … 24

2.2. Поляризация диэлектриков …………………………………………………… 25

2.3. Типы поляризации ………………………………………………………… ..26

2.4. Соотношение между величинами, характеризующими поляризацию ………………… …………….. 28

2,5. Электрическое поле в диэлектриках ……………………………… …………….. 29

2.6. Вектор электрического смещения ………………………………… …………….. 30

2.7. Расчет электрического поля в присутствии диэлектриков …………………… 33

2.8. Сегнетоэлектрики ……………………………………………………………… 33

2.9. Пьезоэлектрический эффект. Электрострикция …………………………… … 35

3. Проводники в электрическом поле. Энергия электрического поля …………… .36

3.1. Распределение зарядов на проводнике …………………………… …………….. 36

3.2. Проводник во внешнем электрическом поле ……………………………… … 38

3.3. Электрическая емкость жил ……………………………………………… 39

3.4. Взаимная электрическая емкость. Конденсаторы …………………………………… 40

3.5. Подключение конденсатора …………………………………………………… 41

3.6. Энергия системы стационарных точечных зарядов ………………………………….. ……………. 42

3,7. Собственная энергия заряженного проводника и конденсатора …………… 43

3.8. Энергия электрического поля ………………………………………………… 44

4. Законы постоянного тока ……………………………………………………… .45

4.1. Понятие об электрическом токе …………………………………………… 45

4.2. Закон Ома для однородного участка цепи ………………………………….. …. 47

4.3. Закон Джоуля-Ленца ……………………………………………………… ..49

4.4. Электродвижущая сила, разность потенциалов, напряжение.

Электростатика, гальванизм были явлениями, вызванными постоянным током , полученным от… А.Д. Физика. Электростатика : синопсис лекций / А.Д. Андреев, Л.М. Черный; СПбГУТ. — СПб., 2004. Детлаф А.А. Колодец физиков / А.А. …

Расчет электрических цепей постоянного тока основан на использовании закона Ома. Для однородного участка цепи применение закона Ома подробно обсуждалось в предыдущем абзаце. А как найти силу тока в неоднородном участке электрической цепи, на концах которого есть определенная разность потенциалов и внутри которого есть скачки потенциала, например, включен гальванический элемент или аккумулятор?

Контактная разность потенциалов. Рассмотрим сначала неоднородный участок цепи, состоящий из двух последовательно соединенных разных проводников A и B, например, меди и цинка (рис. 73). Опыт показывает, что существует скачок потенциала между разными проводниками, который не зависит от тока и существует даже при его отсутствии. Эта контактная разность потенциалов была обнаружена еще в 1797 году итальянским физиком А. Вольта, который установил ряд металлов, в которых каждый предыдущий металл в сочетании с любым из следующих металлов положительно наэлектризован: Al, Zn, Sn, Cd, Pb. , Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd.

Рис. 73. Неоднородный участок цепи

Существование контактной разности потенциалов можно продемонстрировать с помощью следующего простого эксперимента. На штанге электроскопа закреплена пластина из исследуемого металла (рис. 74).

Рис. 74. Обнаружение контактной разности потенциалов

Он покрыт тонким слоем изоляционного материала. Сверху кладут пластину из второго исследуемого материала, снабженную изолирующей ручкой, и эту пластину подключают к земле.

Пластины на время соединены проводником. В этом случае между пластинами возникает контактная разность потенциалов, то есть образованный ими конденсатор заряжается. Однако имеющееся в нем напряжение настолько мало, что невозможно обнаружить отклонение створок электроскопа. Поэтому действуйте следующим образом. Верхняя пластина приподнята, так что емкость конденсатора, образованного пластинами, уменьшается. Поскольку заряд на изолированной нижней пластине остается неизменным, разность потенциалов между ней и землей увеличивается во столько раз, как уменьшается емкость.При достаточном разделении пластин легко обнаруживается отклонение створок электроскопа.

Физическая причина возникновения контактной разности потенциалов кроется в разнице работы выхода разных металлов, т. Е. Минимальной работе, которую необходимо совершить, чтобы вывести электрон из металла в вакуум, а также в разница в концентрации в них свободных электронов. Величина скачка потенциала зависит от типа металлов, чистоты их поверхностей и их температуры.Контактная разность потенциалов колеблется от нескольких десятых вольта до нескольких вольт.

Если несколько разных металлов соединены последовательно друг с другом, то разность потенциалов, возникающая на концах крайних проводников, не зависит от того, какие проводники находятся между ними, то есть она будет такой же, как если бы эти крайние проводники были напрямую связаны друг с другом. Подчеркнем, что в отсутствие тока каждый металл остается эквипотенциальным, а скачок потенциала и связанное с ним электрическое поле присутствуют только в точке контакта.

Ток на неоднородном участке цепи. Теперь подключим внешние концы проводов A и B на рис. 73 к источнику постоянного напряжения. Обозначим потенциал левого конца проводника A через и потенциал правого конца проводника B через Потенциалы металлов A и B в точке контакта, которые мы обозначаем как Поскольку теперь в проводниках есть ток , то, конечно, мы пока не знаем, как записать закон Ома для всего рассматриваемого участка схемы, но тогда мы можем записать его для каждого из однородных участков A и B.Поскольку проводники соединены последовательно, через них протекает один и тот же ток. Предположим, что ток течет слева направо, как показано на рис. 73. Skinny

где — сопротивления секций A и B. -членные уравнения (1) и перегруппируем члены в левой части следующим образом:

Сумма — это полное сопротивление рассматриваемой секции. Разность потенциалов — это приложенное напряжение. Разница — это скачок потенциала в точке контакта металлов, который, как уже отмечалось, не зависит от протекающего тока и определяется только природой металлов и температурой.Величина скачка обозначается Тоща, соотношение (2) можно переписать как

Это закон Ома для неоднородного участка цепи.

Обратите внимание, что напряжение в рассматриваемом участке означает разность — где — потенциал точки, из которой течет ток, а — потенциал точки, в которую течет ток. Скачок потенциала в точке контакта определяется как, то есть знак определяется тем, увеличивает или уменьшает скачок значение потенциала в цепи в направлении протекания тока: если он увеличивается, если уменьшается,

Но в По нашим рассуждениям, мы выбрали направление тока слева направо наугад! А если на самом деле он течет в обратном направлении? Предполагая, что ток течет справа налево, и повторяя буквально все вычисления, мы получаем значение тока, которое отличается только знаком.Это означает, что, начиная анализ неоднородного участка цепи, мы можем вообще не задумываться о том, в каком направлении на самом деле течет ток, а произвольно устанавливаем его направление.

Выбрав направление тока, определяем его значение по формуле (3), строго соблюдая сформулированное выше правило знаков для Если в результате ток оказывается положительным, то он действительно течет в направление, которое мы задали. Если получено отрицательное значение, то на самом деле ток течет в обратном направлении, и его значение, естественно, было найдено правильно.Ниже мы подробно рассмотрим примеры использования закона Ома для неоднородного участка цепи, иллюстрирующие сформулированное правило знаков.

Если соединить последовательно несколько разных проводников, то, повторив все приведенные выше вычисления, легко убедиться, что формула (3) сохранила свой вид; только теперь под нужно понимать алгебраическую сумму скачков потенциала в контактах, а под — сумму сопротивлений всех проводников.

Замкнутый гетерогенный контур. Рассмотрим теперь замкнутую цепь проводников, сделанных из разных металлов. Представим себе, что эта замкнутая цепь получается в результате соединения начала и конца цепочки проводников, то есть тех точек, к которым

может быть приложено внешнее напряжение. Соединение этих точек в одну означает, что теперь формула (3) для замкнутой последовательной цепи принимает вид

где — алгебраическая сумма скачков потенциала между всеми парами соединенных проводников, общая сопротивление замкнутой цепи.

Если контакты между разными металлами имеют одинаковую температуру, то сумма всех скачков потенциала, очевидно, будет равна нулю, поскольку скачок потенциала между любыми двумя металлами не зависит от того, что находится между ними.

Электродвижущая сила. При разных температурах контактов в цепи сумма скачков потенциала может быть отличной от нуля, и в цепи будет протекать ток, определяемый формулой (4). Сумма скачков потенциала в замкнутой цепи называется электродвижущей силой (ЭДС), а равенство (4) называется законом Ома для замкнутой неразветвленной цепи.

Остановимся подробнее на физическом смысле понятия ЭДС. Скачок потенциала в точке контакта двух металлов возникает из-за разницы работы выхода электронов и их концентрации в этих металлах, что приводит к диффузии электронов через контакт. Силы, вызывающие направленный поток электронов, имеют неэлектростатическое (не кулоновское) происхождение. Такие силы неэлектростатического происхождения, независимо от их физической природы, называются внешними силами.Направленный поток электронов через контакт прекращается, когда возникает препятствующее ему электростатическое поле, уравновешивающее действие внешних сил. Возникающее электростатическое поле характеризуется контактной разностью потенциалов.

В рассматриваемом случае электродвижущая сила возникает только при разных температурах контактов и называется термоэлектродвижущей силой (термоЭДС).

Закон Ома (4) для замкнутого контура действует не только для термоЭДС, но и для внешних сил любой природы.Как уже отмечалось, неоднородность схемы может быть связана с включением гальванического элемента, аккумулятора, генератора постоянного тока и т. Д. Если рассматриваемая схема содержит несколько ЭДС, то в формуле (4) необходимо понимать алгебраическая сумма всех этих ЭДС, и знак каждой из них определяется в соответствии с сформулированным выше правилом.

Ниже будет показано, что ЭДС характеризует работу внешних сил, совершаемых при движении зарядов. Другими словами, ЭДС характеризует преобразование других видов энергии в электрическую.

ЭДС в разных источниках. В отличие от контактов проводников первого рода (металлы, полупроводники), в которых не происходят химические изменения при прохождении электрического тока, в контактах металлов с электролитами (например, цинка с серной кислотой) происходят химические реакции. Как мы видели, в замкнутой цепи из разных проводников первого рода при одинаковой температуре ЭДС не возникает. Если сделать замкнутую цепь из проводников первого и второго рода, то в нем возникнет ненулевая ЭДС даже при постоянной температуре.

Рис. 75. Элемент Даниэля и внешний вид сухого элемента Лекланше

Этот вид комбинации проводников первого рода и электролитов представляет собой химический источник тока «сухой» гальванический элемент или аккумулятор (рис. 75), в котором электрический ток сохраняется за счет химических реакций между электродами и электролитом. Например, в гальваническом элементе, состоящем из цинковых и медных пластин, погруженных в раствор серной кислоты, цинковый электрод растворяется в кислоте.В аккумуляторах используются обратимые химические реакции: израсходованный при работе электрод восстанавливается в процессе зарядки. Химические источники тока обеспечивают ЭДС до 2 В.

В генераторах, используемых на электростанциях для преобразования механической энергии в электрическую, внешние силы по своей природе представляют собой силы, действующие на заряды, движущиеся в магнитном поле.

Внутреннее сопротивление источника тока. В любой реальной электрической цепи всегда можно выбрать участок, который служит для поддержания тока (источник тока), а остальное считается «нагрузкой».В источнике тока обязательно действуют внешние силы, поэтому в общем случае он характеризуется электродвижущей силой и сопротивлением, которое называется внутренним сопротивлением источника. Нагрузка также может содержать ЭДС (например, электродвигатель), однако в простейшем случае на нагрузку не действуют никакие внешние силы, и она характеризуется только сопротивлением.

Самая простая замкнутая схема. Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, содержащую источник тока с ЭДС и внутренним сопротивлением и нагрузку, характеризуемую только сопротивлением

(рис.76). Сопротивление соединительных проводов принимается равным нулю. Применяя формулу (4) к такой цепи, в знаменателе которой стоит полное сопротивление цепи, запишем ее в виде

, где сквозное обозначает сопротивление нагрузки. Идеальный вольтметр, подключенный к сопротивлению, то есть к выводам (полюсам) рабочего источника тока, показывает напряжение, как следует из закона Ома для однородного участка цепи — в данном случае для сопротивления нагрузки. Подставив сюда силу тока из (5), это напряжение можно выразить через параметры схемы

Рис.76. Простейшая замкнутая схема с источником тока

Из (6) видно, что напряжение на выводах исправного источника всегда меньше его ЭДС. Чем ближе к большему сопротивлению нагрузки. В пределе (точнее, когда, т.е. когда сопротивлением источника можно пренебречь по сравнению с сопротивлением нагрузки) из (6) следует, что напряжение на выводах открытого источника равно его ЭДС .

Противоположный предельный случай (точнее, когда сопротивление нагрузки намного меньше внутреннего) соответствует так называемому короткому замыканию источника тока.В данном случае это ток короткого замыкания

, то есть максимальный ток, который может быть получен от данного источника.

Из формулы (5) следует, что напряжение на выводах истока можно записать в виде

Произведение — это напряжение на сопротивлении, то есть напряжение внутри источника тока. Следовательно, формула (8) означает, что ЭДС равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи.

Составная внешняя цепь. Как правило, внешняя цепь состоит из нескольких резисторов, соединенных разными способами. Все вышесказанное остается верным, если мы понимаем эквивалентное сопротивление всей внешней цепи. Приведенные выше соотношения позволяют легко рассчитать такие цепочки или провести их качественный анализ.

Рассмотрим следующие примеры.

1. Требуется определить, как изменятся (увеличатся или уменьшатся) показания всех идеальных вольтметров в схеме рис. 1.77, если, например, уменьшить сопротивление переменного резистора.

При уменьшении ток в цепи увеличивается. В соответствии с законом Ома для участка цепи напряжение на сопротивлении увеличивается, а напряжение на выводах источника тока, как следует из формулы (8), уменьшается.

Рис. 77. К изучению изменения показаний вольтметра

Рис. 78. К исследованию изменения показаний амперметров

Трудно применить закон Ома для участка цепи к сопротивлению, так как оно уменьшается, а ток в цепи увеличивается.Поэтому воспользуемся тем фактом, что откуда сразу видно, что напряжение на резисторе уменьшается, причем в большей степени, чем

1. Требуется определить, как показания всех идеальных амперметров в схеме, показанной на рис. 78, когда сопротивление уменьшается. Очевидно, что при уменьшении сопротивления сопротивление нагрузки уменьшается, а ток I, показываемый амперметром A, увеличивается. В этом случае, как следует из (8), напряжение на параллельно включенных сопротивлениях и уменьшается.Следовательно, ток, показываемый амперметром, уменьшается. Сразу сказать, что будет с показаниями амперметра, сложно. Однако равенство сразу подразумевает, что увеличивается, и в большей степени, чем I.

Что такое контактная разность потенциалов? Как на собственном опыте убедиться в его существовании?

Покажите, как, используя закон Ома для однородного участка цепи, можно получить формулу (3).

Объясните правило знаков, которых следует придерживаться при использовании формулы (3).

Что такое электродвижущая сила? Объясните физический смысл понятия ЭДС на примере цепи из разных металлов. Что такое внешние силы?

Сформулируйте закон Ома для замкнутой неразветвленной цепи.

Каковы причины возникновения ЭДС в цепи из различных металлов или полупроводников, в химических источниках тока, в электрических генераторах?

Выберите основные части любой реальной замкнутой цепи. По каким параметрам они характеризуются?

Как напряжение на включенном источнике связано с его ЭДС? От чего зависит напряжение внутри источника?

Напряжение на источнике тока. Вернемся к формуле (8). Он был получен как следствие закона Ома для замкнутой цепи, выраженного формулой (5).

Рис. 79. Источник тока как неоднородный участок цепи (в) и компенсационный метод измерения ЭДС (б)

Рассчитаем еще раз ток через источник, рассматривая его как неоднородный участок цепи (рис. 79а). Используя формулу (3), в соответствии с приведенным выше правилом знаков имеем

Легко видеть, что напряжение, фигурирующее в формуле (8), равно — Следовательно, соотношение (9) фактически совпадает с (8 ).Однако при таком выводе этой формулы предположение, что ток создается только этим источником, не использовалось (то есть, следовательно, формула (8), как (9),

действительно выполняется для любого соотношения потенциалов, характеризующих напряжение на источнике тока.

Измерение ЭДС. Определение ЭДС любого источника экспериментально обычно выполняется так называемым методом компенсации, когда неизвестная ЭДС сравнивается с хорошо известной ЭДС другого, эталонного источника.Для этого используется схема, изображенная на рис. 79б. Батарея, ЭДС которой, очевидно, больше ЭДС эталонного источника 0 и измеряемой, замкнута на внешнее сопротивление. С помощью переключателя К к некоторой части этого сопротивления можно подключить либо эталонный источник, либо измеряемый. Полярность включения элементов показана на рис. 79б.

Сначала подключите опорный источник к ЭДС и выберите сопротивление таким образом, чтобы ток через гальванометр и, следовательно, через опорный источник исчезал.Вспомним значение

Объясните, почему напряжение, фигурирующее в формуле (8), действительно равно

, а не

Каковы преимущества компенсационного метода измерения ЭДС?

Закон Ома для однородного участка цепи:

Участок цепи называется однородным, если он не включает в себя источник тока. I = U / R, 1 Ом — сопротивление такого проводника, в котором протекает сила 1А при 1В.

Величина сопротивления зависит от формы и свойств материала проводника.Для однородного цилиндрического проводника его R = ρl / S, ρ — величина, зависящая от используемого материала — удельное сопротивление вещества, из ρ = RS / l следует, что (ρ) = 1 Ом * м. Величина, обратная ρ, есть проводимость γ = 1 / ρ.

Экспериментально установлено, что с повышением температуры электрическое сопротивление металлов увеличивается. При не слишком низких температурах удельное сопротивление металлов увеличивается на

абсолютная температура p = α * p 0 * T, p 0 — удельное сопротивление при 0 о С, α — температурный коэффициент.Для большинства металлов α = 1/273 = 0,004 К -1. p = p 0 * (1+ α * t), t — температура в о С.

Согласно классической электронной теории металлов в металлах с идеальной кристаллической решеткой электроны движутся без сопротивления (p = 0).

Причина появления электрического сопротивления — инородные примеси и физические дефекты кристаллической решетки, а также тепловое движение атомов. Амплитуда колебаний атомов зависит от t. Удельное сопротивление в зависимости от t — сложная функция:

p (T) = p rest + p id., p остаток — остаточное сопротивление, p id. — идеальная стойкость металла.

Идеальное сопротивление соответствует абсолютно чистому металлу и определяется только тепловыми колебаниями атомов. Исходя из общих соображений ударов. идентификатор сопротивления. металл должен стремиться к 0 при T → 0. Однако удельное сопротивление как функция суммы независимых членов, следовательно, из-за наличия примесей и других дефектов в кристаллической решетке удельного сопротивления при уменьшении t → до некоторого увеличения DC .p отдых. Иногда для некоторых металлов температурная зависимость p проходит через минимум. Ценность остального. Сопротивление биений зависит от наличия дефектов решетки и содержания примесей.

j = γ * E — закон Ома в дифференцированной форме, который описывает процесс в каждой точке проводника, где j — плотность тока, E — напряженность электрического поля.

Схема включает резистор R и источник тока. В неоднородном участке цепи, помимо электростатических сил, на носители тока действуют внешние силы.Внешние силы способны вызвать упорядоченное движение носителей тока, например, электростатических. На неоднородном участке цепи к полю электрических зарядов добавляется поле внешних сил, создаваемое источником ЭДС. Закон Ома в дифференцированной форме: j = γE. Обобщая формулу на случай неоднородного проводника j = γ (E + E *) (1).

Из закона Ома в дифференцированной форме для неоднородного участка цепи можно перейти к интегральной форме закона Ома для этого участка.Для этого рассмотрим неоднородный участок. В нем сечение проводника не может быть постоянным. Предположим, что внутри этого участка схемы есть линия, которую мы назовем токовой петлей, удовлетворяющей:

1. В каждом сечении, перпендикулярном контуру, значения j, γ, E, E * имеют одинаковые значения.

2. j, E и E * в каждой точке направлены по касательной к контуру.

Выберем произвольно направление движения по контуру.Пусть выбранное направление соответствует перемещению от 1 до 2. Возьмем проводящий элемент с площадью S и контурный элемент dl. Спроецируем векторы, входящие в (1), на элемент контура dl: j = γ (E + E *) (2).

I по контуру равно проекции плотности тока на площадь: I = jS (3).

Удельная проводимость: γ = 1 / ρ. Заменив I / S = 1 / ρ (E + E *) в (2), умножим на dl и проинтегрируем по контуру ∫Iρdl / S = ∫Eedl + ∫E * edl.Учтем, что ∫ρdl / S = R, а ∫Eedl = (φ 1 -φ 2), ∫E * edl = ε 12, IR = ε 12 + (φ 1 -φ 2). ε 12, как и I, является алгебраической величиной, поэтому мы договорились, что, когда ع способствует движению положительных носителей тока в выбранном направлении 1–2, рассмотрим ε 12> 0. Но на практике это имеет место, когда, когда при обходе участка цепи сначала встречается отрицательный полюс, затем положительный. Если ع препятствует движению положительных носителей в выбранном направлении, то ε 12

Закон Ома неравномерный участок цепи

1.8. Электричество. Закон Ома

Если поместить изолированный проводник в электрическое поле, то на свободные заряды q в проводнике действует сила, в результате чего в проводнике происходит кратковременное движение свободных зарядов. Этот процесс закончится, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, полностью компенсирует внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю (см. П. 1.5).

Однако в проводниках при определенных условиях может происходить непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда.Это движение называется электрическим током. Направление движения положительных свободных зарядов принимается за направление электрического тока. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественной мерой электрического тока является сила тока I — скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δ q, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δ t, на этот временной интервал:

Если сила тока и его направление не меняются со временем, то такой ток называется постоянным.

В единицах СИ ток измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается магнитным взаимодействием двух параллельных проводников с током (см. П. 1.16).

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым путям. Электрическое поле в разных точках такой цепи постоянно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля.Но когда электрический заряд движется в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю (см. § 1.4). Следовательно, для существования постоянного тока необходимо иметь в электрической цепи устройство, способное создавать и поддерживать разность потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками питания постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются внешними силами.

Природа внешних сил может быть разной. В гальванических элементах или батареях они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока возникают внешние силы при движении проводников в магнитном поле. Источник питания в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием внешних сил электрические заряды перемещаются внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

Когда электрические заряды движутся по цепи постоянного тока, внешние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A st внешних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному значению этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС). :

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой внешними силами при перемещении одиночного положительного заряда.Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Когда одиночный положительный заряд движется по замкнутой цепи постоянного тока, работа внешних сил равна сумме ЭДС, действующей в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разделить на отдельные секции. Те области, на которые не действуют внешние силы (то есть области, не содержащие источников тока), называются однородными. Области, в которых есть источники тока, называются неоднородными.

Когда одиночный положительный заряд движется по определенному участку цепи, как электростатические (кулоновские), так и внешние силы совершают работу. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ 12 = φ 1 — φ 2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа внешних сил по определению равна электродвижущей силе 12, действующей в этой области. Таким образом, общая работа равна

Какова мощность тока в замкнутой цепи.Закон Ома простым языком

Замкнутый контур (рис. 2) состоит из двух частей — внутренней и внешней. Внутренняя цепь — источник тока с внутренним сопротивлением р. ; внешний — Различные потребители, соединительные провода, устройства и т.д. Общее сопротивление внешней части указано р. . Тогда полное сопротивление цепи равно р. + Р. .

По закону Ома для внешнего участка цепи 1 → 2 Имеем:

\ (~ \ varphi_1 — \ varphi_2 = ir.\\)

Внутренний участок цепи 2 → 1 неоднороден. По закону Ома \\ (~ \ varphi_2 — \ varphi_1 + \ varepsilon = ir \). Складывая эти равенства, получаем

\ (~ \ Varepsilon = Ir + Ir. \ QQuad (1) \)

\ (~ I = \ FRAC (\ Varepsilon) (R + R). \\ QQuad (2) \\)

Последняя формула является законом Ом для замкнутой цепи постоянного тока. Мощность тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи .

Поскольку для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению, то \ (~ \ varphi_1 — \ varphi_2 = ir = u \) и формулу (1) можно записать:

\ \ (~ \ varepsilon = u + ir \ rightarrow u = \ varepsilon — ir. \)

Из этой формулы видно, что напряжение на внешнем участке уменьшается с увеличением тока в цепи при ε = конст.

Подставляем силу тока (2) в последнюю формулу, получаем

\ (~ U = \ varepsilon \ left (1 — \ FRAC (R) (R + R) \ Right).\\)

Разберем это выражение для некоторых предельных режимов цепи.

a) для открытых цепей ( R. → ∞) U. = ε . Напряжение на полюсах источника тока при разомкнутой цепи равно EDC источника тока.

В основе этого лежит возможность приближенного измерения ЭДС источника тока с помощью вольтметра, сопротивление которого намного больше внутреннего сопротивления источника тока (\\ (~ R_v \\ gg r \\)).Для этого к клеммам источника тока подключают вольтметр.

б) если к клеммам источника тока подключить проводник, сопротивление которого \ (~ R \ LL R \), то р. + р. ≈ р. , то \ (~ u = \ varepsilon \ left (1 — \ FRAC (R) (R) \ RIGHT) = 0 \), а текущий \ (~ i = \ \ FRAC (\\ Varepsilon) (R) \\) — достигает максимального значения.

Подключение к полюсам источника тока в проводнике с ничтожно малым сопротивлением называется коротким замыканием , а максимальный ток для этого источника называется током короткого замыкания:

\ (~ I_ (KZ) = \ FRAC (\\ Варепсилон) (R).\)

Из источников с малой стоимостью р. (например свинцовые батареи р. = 0,1 — 0,01 Ом) Ток короткого замыкания очень велик. Особо опасно короткое замыкание в гайках легких сетей от подстанций ( ε > 100 В), I. KZ может достигать тысяч ампер. Во избежание возгораний в такие цепи включают предохранители.

Запишем закон Ома для полной цепи в случае последовательного и параллельного включения источников тока в батарее.При последовательном соединении источников «-» один источник соединяется с «+» вторым, «-» вторым с «+» третьим и т. Д. (Рис. 3, а). Если ε 1 = ε 2 = ε 3 А. г. 1 = р. 2 = р. 3 ДО ε В = 3. ε 1, р. В = 3. р. один. В этом случае закон OMA для полной цепочки имеет вид \\ [~ i = \\ Frac (\\ varepsilon_b) (R + R_B) = \\ FRAC (3 \\ Varepsilon_1) (R + 3R_1) \\], или для п. идентичных источников \ (~ i = \ FRAC (N \ Varepsilon_1) (R + NR_1) \).

Последовательный компаунд применяется в том случае, когда внешнее сопротивление \ (~ R \ gg nr_1 \), затем \ (~ i = \ FRAC (N \ Varepsilon_1) (R) \) и батарея может дать силы в н. Один раз больше, чем сила тока от одного источника.

При параллельном соединении источников тока все «+» источники соединяются вместе, а «-» источники — также вместе (рис.3, б). В данном случае

\ (~ \ varepsilon_b = \ varepsilon_1; \ r_b = \ FRAC (R_1) (3). \)

Где \ (~ i = \ FRAC ( \\ varepsilon_1) (R + \\ FRAC (R_1) (3)) \\).

Для n. идентичных исходников \ (~ i = \ FRAC (\ varepsilon_1) (R + \ FRAC (R_1) (N)) \).

Параллельное соединение источников тока используется, когда необходимо получить источник тока с малым внутренним сопротивлением или когда в цепи должен работать потребитель энергии.больше допустимого тока одного источника.

Параллельное соединение выгодно, когда р. Рядом по сравнению с р. .

Иногда используется смешанное подключение источников.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в вузе: Теория. Задания. Испытания: этюд. Пособие для учреждений, обеспечивающих производство общ. медиа, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Эд. К. С. Фарино. — МН: Adukatsya I Vikavanne, 2004.- С. 262-264.

Закон Ома для замкнутой цепи показывает — значение тока в реальной цепи зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления источника.

Формулировка закона OMA для замкнутой цепи звучит следующим образом: значение тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним и внешним сопротивлением нагрузки, равно отношению силы электродвижущего источника к сумме внутренней и внешней силы. сопротивление.

Впервые зависимость тока от сопротивлений была экспериментально установлена ​​и описана Георгом Омом в 1826 году.

Формула закона Ома для замкнутой цепи записывается в следующем виде:

• I [a] — мощность тока в цепи,
• ε [in] — источник напряжения ЭДС,
• R [Ом] — сопротивление всех внешних элементов цепи,
• r [OM] — внутреннее сопротивление источника напряжения

Физический смысл закона

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребителя, проходит через источник тока, и, следовательно, ток, за исключением сопротивления проводника, является сопротивлением самого источника.Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи состоит в том, что чем больше EDC, тем больше энергия носителей заряда, а значит, больше скорость их упорядоченного движения. С увеличением сопротивления цепи, энергии и скорости движения носителей заряда, следовательно, величина тока уменьшается.

Зависимость может быть показана на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения схемы по амперметру наблюдается ток, перемещая ползунок ромотажа, мы увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток изменится.

Примеры целей применения закона Ома для замкнутой цепи

К источнику EDC 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключено сопротивление которого 4 Ом.Найдите силу тока в цепях и напряжение на зажимах источника.

При подключении к аккумулятору гальванических элементов резистором сопротивлением 20 Ом ток в цепи составлял 1 А, а при подключении резистора сила тока составляла 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Рассмотрим простейшую замкнутую цепь, состоящую из источника (гальванического элемента, батареи или генератора)

и сопротивление резистора (рис. 161). Источник тока имеет сопротивление и источник сопротивления часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления цепи.В генераторе это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и общее сопротивление цепи. Эта связь может быть установлена ​​теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля — Ленца (9.17).

Пусть тогда проводник проходит через поперечное сечение проводника, тогда работу сторонних зарядов по перемещению заряда можно записать следующим образом: согласно определению силы тока, следовательно,

При выполнении этой работы в внутренний и внешний участки цепи, сопротивление которых и есть определенное количество тепла.По закону Джоуля — Ленза это:

Согласно закону эквивалента сохранения энергии (9.20) и (9.21), получаем:

Произведение тока на сопротивление участка цепи часто равно называется падением напряжения в этой области. Таким образом, EDC равна сумме падений напряжений во внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Обычно закон Ома для замкнутой цепи записывается в виде:

Мощность тока в замкнутой цепи равна отношению цепи EDC к ее полному сопротивлению.

Сила тока зависит от трех величин: сопротивления и внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если его недостаточно по сравнению с сопротивлением внешней части цепи, при этом напряжение на зажимах источника примерно равно

Но при коротком замыкании сила тока в цепи определяется внутренним сопротивлением источника и может быть очень большой с очень большой электродвижущей силой, если ее мало (например, в батареях ОМ).Провода могут расплавиться, и выйти из строя сам источник.

Если в цепи несколько последовательно соединенных элементов, то полная ЭДС цепи равна алгебраической величине ЭДС отдельных элементов. Чтобы определить знак ЭДС любого источника, нужно изначально иметь возможность выбрать положительное направление обхода цепи. На рисунке 162 положительно (произвольно) рассматривается направление обхода против стрелки по часовой стрелке.

Если вокруг цепи движется от отрицательного полюса источника к положительному, то сторонняя сила внутри источника совершает положительное действие.Если при обходе цепи цепь перемещается от положительного полюса источника к отрицательному, ЭДС будет отрицательной. Сторонние силы внутри источника делают негативную работу. Итак, для цепи, показанной на рисунке 162:

Если, то согласно (9.23) ток тока, т.е. направление тока совпадает с направлением обхода цепи. Напротив, направление тока противоположно направлению обхода цепи. Общее сопротивление цепи равно сумме всех сопротивлений:

При параллельном соединении гальванических элементов с одинаковой ЭДС (или другими источниками) ЭДС батареи равна EDC одного из элементов (рис.163). Внутреннее сопротивление батареи рассчитывается по обычному правилу параллельного соединения проводов. Для цепи, показанной на рисунке 163, согласно закону Ома для замкнутой цепи, сила тока определяется по следующей формуле:

1. Почему электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не может поддерживать постоянство электрический ток в цепи? 2. Что называется сторонними силами? 3. Что называется электродвижущей силой?

4.Слово Ома для замкнутой цепи. 5. От чего зависит знак ЭДС в законе Ома от замкнутой цепи?

Каждый специалист, ремонтирующий и обслуживающий электроустановки, должен хорошо знать и применять на практике закон Ома для замкнутой цепи. Это правда, поскольку закономерности, открытые немецким физиком Георгом Омомом, основаны на всей электротехнике. Этот закон стал весомым вкладом в дальнейшее развитие научных знаний в области электричества.

Физические свойства закона Ома

Прямая связь между текущей мощностью и напряжением, подаваемым в сеть, была обнаружена компанией OMOM в 1826 году. В дальнейшем понятие напряжения было заменено более точным термином — электродвижущей силой (ЭДС). После теоретического обоснования этой зависимости был получен закон для замкнутой цепи. Его важной особенностью является обязательное отсутствие каких-либо внешних возмущений. Поэтому стандартные формулировки теряют свою актуальность, если, например, поместить проводник в переменное магнитное поле.

Для экспериментов по заключению закона использовалась простейшая схема, состоящая из источника питания, имеющего ЭДС и двух подключенных к нему выводов, подключенных к резистору. В проводнике начинаются в определенном направлении элементарные частицы, несущие заряды. Таким образом, оно представляется в виде отношения EDC к общему сопротивлению всей цепи: I = E / R.

В представленной формуле E — это электродвижущая сила, измеренная в вольтах, I — сила тока в амперах, а R действует как электрическое сопротивление резистора, измеренное в омах.При этом учитываются все составляющие сопротивления и в расчетах используется их суммарное значение. К ним относятся сопротивление самого резистора, проводника (R) и источника питания (R0). В итоге формула будет выглядеть так: i = E / (R + R + R0). Если значение внутреннего сопротивления источника тока R0 превышает величину R + R, то в этом случае нет зависимости тока от характеристик подключаемой нагрузки, и источник ЭДС выполняет роль тока источник.Когда R0 меньше, чем величина R + R, получается обратная пропорция тока к общему внешнему сопротивлению, и напряжение поступает от источника питания.

Закон Ома для вычислений

Точные расчеты требуют учета всех потерь напряжения, в том числе в местах соединений. Для определения электродвижущей силы на выходе источника тока измеряется разность потенциалов в разомкнутой цепи, когда нагрузка полностью отключена. В этом случае для замкнутой цепи применяется не только закон Ома, но и действующий закон.Этот участок считается однородным, потому что здесь учитывается только разность потенциалов без учета ЭДС. Это дает возможность рассчитать каждый элемент электрической цепи по формуле i = u / r, в которой U — разность потенциалов или напряжения, измеренная в вольтах.

Измерения производятся с помощью вольтметра при подключении щупа к выходам нагрузки или сопротивления. Результирующее значение напряжения всегда будет ниже электродвижущей силы.Это наиболее распространенная формула, позволяющая найти любой компонент при наличии двух известных.

Закон Ома для замкнутой цепи имеет много общего с законом, выведенным для магнитной цепи. В этой системе проводник выполнен в виде замкнутого магнитопровода. В качестве источника используется обмотка катушки, по катушкам которой протекает электрический ток. Возникающий магнитный поток (F) замыкает магнитопровод и начинает циркулировать по контуру. Он находится в прямой зависимости от магниторезивной силы и сопротивления материала, через который он проходит.Это явление выражается формулой F = F / RM, в которой F — сила посещения магнитомотора, а Rm — импеданс, вызывающий затухание.

Как рассчитать цепи

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом сделал открытие и описал
эмпирический закон о соотношении таких показателей, как мощность тока, напряжение и характеристики проводника в цепи. Впоследствии по имени ученого его стали называть законом Ома.

В дальнейшем выяснилось, что эти характеристики не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Также имеется характеристика внутреннего сопротивления (R) источника тока.

Закон Ома для участка цепочки

Согласно обобщенному закону Ома для некоторого участка цепи, ток тока на участке цепи прямо пропорционален напряжению на концах участка и обратно пропорционален сопротивлению.

Где U — напряжение концов секции, ток I — сопротивление проводника.

Принимая во внимание приведенную выше формулу, можно найти неизвестные значения, проделав простые математические операции.

Данные над формулой как раз когда сеть испытывает одно сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи

Прочность всей цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородных и неоднородных участков цепи.

Замкнутая сеть имеет одновременно внутреннее и внешнее сопротивление. Поэтому формулы уже разные.

Где E — электродвижущая сила (ЭДС), R — сопротивление внешнего источника, R — сопротивление внутреннего источника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Замкнутая электрическая сеть содержит линейные и нелинейные участки. Графики, которые не имеют источника тока и не зависят от стороннего воздействия, являются линейными, а секторы, содержащие источник, являются нелинейными.

Закон Ома для единого сетевого узла был изложен выше. Закон о нелинейной области будет иметь следующий вид:

I = u / r = f1 — f2 + e / r

Где F1 — F2 — разность потенциалов в конечных точках рассматриваемого участка

R — общее сопротивление нелинейного участка цепи

ЭДС нелинейного участка цепи больше нуля или меньше. Если направление протекания тока, идущего от источника с движением тока в электрической сети, совпадает, движение положительного заряда будет преобладать, и ЭДС будет положительной.В случае совпадения областей движение отрицательных зарядов, создаваемых EDC, будет увеличиваться в сети.

Закон Ома для переменного тока

При наличии емкости или инертности в сети необходимо учитывать при проведенных расчетах, что они обеспечивают свое сопротивление, действие которого ток приобретает переменный характер.

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

где Z — сопротивление по всей длине электрической сети.Его еще называют импедансом. Импеданс представляет собой сопротивление активного и реактивного характера.

Закон Ома — это не главный научный закон, а всего лишь эмпирическая установка, и в некоторых условиях он может не соблюдаться:

• Когда сеть имеет высокую частоту, электромагнитное поле изменяется с большой скоростью, и в расчетах необходимо учитывать инертность носителей заряда;
• В условиях низких температур с веществами, обладающими сверхпроводимостью;
• Когда проводник сильно нагревается проходящим напряжением, отношение тока к напряжению становится переменным и может не соответствовать общему закону;
• Когда под высоким напряжением проводник или диэлектрик;
• В светодиодных лампах;
• В полупроводниках и полупроводниковых приборах.

В свою очередь элементы и проводники, соответствующие закону Ома, называются омическими.

Закон Ома может дать объяснение некоторым явлениям природы. Например, когда мы видим птиц, сидящих на высоковольтных проводах, у нас возникает вопрос — почему нет электрического тока? Объяснить это довольно просто. Сидящие на проводах птицы — своеобразные проводники. Большая часть напряжения приходится на промежутки между птицами, причем в той пропорции, что сами «проводники» не представляют для них опасности.

Но это правило работает только с одним контактом. Если у птицы есть клюв, проволока-крыло или телеграфный столб, она неизбежно погибнет от огромного напряжения, которое переносят эти места. Такие случаи случаются повсюду. Поэтому в целях безопасности в некоторых местах устанавливаются специальные устройства, защищающие птиц от опасного напряжения. На такой птице птицефабрики полны безопасности.

Ома также широко применяется на практике. Электричество смертельно опасно для человека, всего лишь прикоснувшись к оголенному проводу.Но в некоторых случаях сопротивление человеческого тела может быть разным.

Например, сухая и неповрежденная кожа имеет большую устойчивость к воздействию электричества, чем рана или кожа, покрытая позже. В результате переутомления, нервного напряжения и интоксикации даже при небольшом напряжении тока человек может получить сильный удар током.

В среднем сопротивление человеческого тела составляет 700 Ом, это означает, что для человека это безопасное напряжение 35 В. Работая с большим напряжением, специалисты используют.

Энергетическая функция кортикальных аксонов в кабеле: эквивалентные формулы

% PDF-1.4 % 49 0 объект > эндобдж 60 0 объект > поток application / pdf

Формула закона Ома для замкнутой электрической цепи.Закон сохранения заряда

В этой статье мы поговорим о законе Ома, формулах для полной цепи (замкнутой), участка цепи, неоднородного участка цепи, в дифференциальной и интегральной форме, переменного тока, а также для магнитопровода. . Вы узнаете, какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома, а также где это происходит.
: постоянный ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален напряжению, приложенному к его концам, и обратно пропорционален сопротивлению.

Закон Ома был сформулирован немецким физиком и математиком Георгом Омом в 1825-26 годах на основе опыта. Это экспериментальный закон, а не универсальный — он применим к определенным материалам и условиям.

Закон Ома является частным случаем более позднего и более общего — второго закона Кирхгофа

Ниже будет видео, объясняющее закон Ома на пальцах.

Формула закона Ома для участка цепи

Сила постоянного тока, протекающего по проводнику, пропорциональна напряжению, приложенному к его концам.В Интернете эту формулу часто называют первым законом Ома:

U- напряжение

I- сила (сила) тока

R — Сопротивление

Электрическое сопротивление:

Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением или сопротивлением.

Отношение напряжения к току для данного проводника постоянно:

Единица электрического сопротивления 1 Ом (1 Ом):

Сопротивление резистора равно 1, если приложенное напряжение составляет 1 вольт, а ток — 1 ампер.

Зависимость электрического сопротивления от размера направляющей:

Сопротивление токопроводящего участка с постоянной площадью поперечного сечения R прямо пропорционально длине этого участка li, обратно пропорционально площади поперечного сечения S:

R- электрическое сопротивление

ρ — удельное сопротивление

I- длина направляющей

S- площадь поперечного сечения

Эта связь была экспериментально подтверждена британским физиком Хамфри Ди в 1822 году до разработки закона Ома.

Закон Ома для замкнутой (полной) цепи

— это значение силы (силы) тока в этой цепи, которое зависит от сопротивления нагрузки и источника тока (E), его также называют вторым законом Ома.

Лампочка является потребителем источника тока, соединяя их вместе, они образуют законченную электрическую цепь. На картинке выше вы можете увидеть полную электрическую схему, состоящую из батареи и лампы накаливания.

Электричество проходит через лампу накаливания и через саму батарею. Следовательно, ток, проходящий через лампу, будет дальше проходить через батарею, то есть сопротивление лампочки добавляется к сопротивлению батареи.

Сопротивление нагрузки (лампочка), называется внешнее сопротивление , а сопротивление источника тока (батареи) внутреннее сопротивление … Сопротивление батареи обозначается латинской буквой r.

Когда электричество течет по цепи, внутреннее сопротивление самого элемента сопротивляется протеканию тока, и поэтому тепловая энергия теряется в самом элементе.

• E = электродвижущая сила в вольтах, В
• I = ток в амперах, А
• R = сопротивление нагрузки в цепи в Ом, Ом
• r = внутреннее сопротивление ячейки в Ом, Ом

Мы можем изменить это уравнение;

Это уравнение появляется ( В, ), то есть конечная разность потенциалов , измеренная в вольтах (В).Это разность потенциалов на выводах ячейки при протекании тока в цепи, она всегда меньше ЭДС. клетки.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Если на участок цепи действуют только потенциальные силы (, рис. 1а, ), то закон Ома записывается в известной форме. Если же действие внешних сил также проявляется в окружности ( Рис. 2b ), то закон Ома принимает вид, где. Это закон Ома для любой части цепи..

Закон Ома можно распространить на весь круг. Соединив точки 2 и 1 ( Рисунок 3c ), преобразуем разность потенциалов в ноль, и с учетом сопротивления источника тока закон Ома примет вид. Это выражение закона Ома для полной цепи .

Последнее выражение может быть представлено в различных формах. Как известно, напряжение во внешней секции зависит от нагрузки, то есть
или, или.

В этих выражениях Ir — это падение напряжения внутри источника тока, и также видно, что напряжение U меньше ε на величину Ir … Причем, чем больше внешнее сопротивление по сравнению с внутренний, тем больше U приближается к ε.

Рассмотрим два особых случая, касающихся внешнего сопротивления цепи.

1) R = 0 — это явление называется коротким замыканием.Тогда из закона Ома имеем -, то есть ток в цепи увеличивается до максимума, а падение внешнего напряжения U → 0. В этом случае в источнике выделяется большая мощность, что может привести к его неисправности.

2) R = ∞ , то есть электрическая цепь разорвана, то, но … Итак, в данном случае ЭДС численно равна напряжению на выводах открытого источника тока.

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома можно представить таким образом, чтобы он не зависел от размера проводника.Выбрать сечение кондуктора Δ л , , на концах которого приложены потенциалы φ 1 и φ 2. При средней площади поперечного сечения проводника Δ S и плотности тока j , то сила тока

Если Δ l → 0, затем взяв предел отношения, … Итак, окончательно получаем, или в векторной форме — это выражение закон Ома в дифференциальной форме … Этот закон выражает силу тока в произвольной точке проводник в зависимости от его свойств и электрического состояния.

Закон Ома для переменного тока

Это уравнение записано законом Ома для цепей переменного тока относительно их значений амплитуды. Понятно, что это будет справедливо и для действующих значений силы и тока:.

Для цепей переменного тока возможен случай, когда, то есть U L = U C … Поскольку эти напряжения в противофазе, они компенсируют друг друга.Такие условия называются , резонанс напряжения … Резонанс может быть достигнут либо при ω = const при изменении СО и L , либо при постоянных СО и L выберите ω, который называется резонансным … Как видно — .

Характеристики резонанса напряжения следующие:

Наконец, из (2) — (4) имеем интегральное выражение для закона Ома

, который он установил экспериментально.

Интерпретация закона Ома

Сила тока, которая является действием приложенного напряжения, изменяется пропорционально его напряжению. Например: если приложенное напряжение удваивается, это также удваивает силу тока (сила тока).

Помните, что закону Ома удовлетворяет только подмножество материалов — в основном металлы и керамика.

Когда выполняется закон Ома и какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома?

Закон Ома — это экспериментальный закон, который выполняется для некоторых материалов (например, металлов) при фиксированных условиях тока, в частности, температуры проводника.

Ома называются омическими проводниками или линейными проводниками. Примерами проводников, соответствующих закону Ома, являются металлы (например, медь, золото, железо), определенная керамика и электролиты.

Неомные материалы, сопротивление которых зависит от силы тока, протекающего через них, называются нелинейными проводниками. Примерами руководящих принципов, не относящихся к закону Ома, являются полупроводники и газы.

Закон Ома не выполняется при изменении параметров проводника, особенно температуры.

Соединенный проводами с различными электроприборами и потребителями электрической энергии, он образует электрическую цепь.

Электрическую цепь принято изображать с помощью схем, на которых элементы электрической цепи (сопротивления, источники тока, переключатели, лампы, устройства и т. Д.) Отмечены специальными значками.

Направление тока в цепи — это направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.Это правило было установлено в 19 веке. и с тех пор наблюдается. Движение реальных зарядов может не совпадать с условным направлением тока. Итак, в металлах отрицательно заряженные электроны являются носителями тока, и они движутся от отрицательного полюса к положительному, то есть в противоположном направлении. В электролитах реальное движение зарядов может совпадать или быть противоположным направлению тока, в зависимости от того, какие ионы являются носителями заряда — положительные или отрицательные.

Включение элементов в электрическую цепь может быть последовательным или параллельным .

Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока и резистора R .

Закон Ома для полной цепи устанавливает взаимосвязь между током в цепи, ЭДС и общим сопротивлением цепи, состоящим из внешнего сопротивления R и внутреннего сопротивления источника тока R .

Работа внешних сил A st источник тока, согласно определению ЭДС ( ɛ ) равно A st = ɛq , где q — заряд, смещенный ЭДС. По определению действующего q = It , где t — время, в течение которого был передан заряд. Отсюда имеем:

A ул = ɛ Это .

Тепло, выделяемое при выполнении работы в контуре, согласно закону Джоуля-Ленца , равно:

Q = я 2 Rt + я 2 RT .

Согласно закону сохранения энергии A = Q … Приравнивая ( A st = ɛ Это ) и ( Q = я 2 Rt + я 2 rt ) получаем:

ɛ = ИК + Ir.

Закон Ома для замкнутой цепи обычно записывается как:

.

Ток в полной цепи равен отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Если в цепи несколько источников, соединенных последовательно с ЭДС 1 , ɛ 2 , ɛ 3 и т. Д., То полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников. Знак ЭДС источника определяется относительно направления обхода контура, которое выбрано произвольно, например, на рисунке ниже — против часовой стрелки.

Внешние силы внутри источника делают положительную работу. И наоборот, для цепочки справедливо следующее уравнение:

ɛ = ɛ 1 + ɛ 2 + ɛ 3 = | ɛ 1 | — | ɛ 2 | — | ɛ 3 | …

В соответствии с силой тока положительная с положительной ЭДС — направление тока во внешней цепи совпадает с направлением обхода контура. Суммарное сопротивление цепи с несколькими источниками равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений всех источников ЭДС, например, для цифры выше:

R n = R + r 1 + r 2 + r 3.

Каждый специалист по ремонту и обслуживанию электроустановок должен хорошо знать и применять на практике закон Ома для замкнутой цепи. Это правда, поскольку закономерности, открытые немецким физиком Георгом Омом, лежат в основе всей электротехники. Этот закон стал весомым вкладом в дальнейшее развитие научных знаний в области электричества.

Физические свойства закона Ома

Прямая зависимость между силой тока и напряжением, подаваемым в сеть, была обнаружена Омом в 1826 году.Позже понятие напряжения было заменено более точным термином — электродвижущей силой (ЭДС). После теоретического обоснования этой зависимости был выведен закон для замкнутого контура. Его важная особенность — обязательное отсутствие какого-либо внешнего возмущения. Поэтому стандартные составы потеряют свою актуальность, если, например, поместить проводник в переменное магнитное поле.

Для опытов по выводу закона использовалась простейшая схема, состоящая из источника питания с ЭДС и двух подключенных к нему клемм, подключенных к резистору.Элементарные частицы, несущие заряд, начинают двигаться в проводнике в определенном направлении. Таким образом, оно представляется как отношение ЭДС к общему сопротивлению всей цепи: I = E / R.

В представленной формуле E — это электродвижущая сила, измеренная в вольтах, I — ток в амперах, а R действует как электрическое сопротивление резистора, измеренное в омах. При этом учитываются все составляющие сопротивления и в расчетах используется их суммарное значение.К ним относятся сопротивление самого резистора, проводника (r) и источника питания (r0). Окончательная формула будет выглядеть так: I = E / (R + r + r0). Если значение внутреннего сопротивления источника тока r0 превышает сумму R + r, то в этом случае отсутствует зависимость силы тока от характеристик подключаемой нагрузки, и источник ЭДС играет роль источника тока. . Когда r0 меньше суммы R + r, получается обратная пропорция тока к общему внешнему сопротивлению, и напряжение поступает от источника питания.

Закон Ома для проведения расчетов

Для точных расчетов необходимо учитывать все потери напряжения, в том числе в точках подключения. Для определения электродвижущей силы на выводах источника тока измеряется разность потенциалов при разомкнутой цепи, когда нагрузка полностью отключена. В этом случае применяется не только закон Ома для замкнутой цепи, но и действующий закон. Этот участок считается однородным, так как здесь учитывается только разность потенциалов без учета ЭДС.Это дает возможность рассчитать каждый элемент электрической цепи по формуле I = U / R, в которой U — разность потенциалов или напряжение, измеренное в вольтах.

Измерения выполняются с помощью вольтметра при подключении щупов к клеммам нагрузки или сопротивления. Результирующее значение напряжения всегда будет ниже электродвижущей силы. Это наиболее распространенная формула, позволяющая найти любой компонент при наличии двух известных.

Закон Ома для замкнутой цепи имеет много общего с законом, полученным для магнитной цепи. В этой системе проводник выполнен в виде замкнутого магнитопровода. Источником является обмотка катушки, по виткам которой течет электрический ток. Возникающий магнитный поток (F) замыкается на магнитную цепь и начинает циркулировать по цепи. Он напрямую зависит от магнитодвижущей силы и сопротивления материала, через который он проходит. Это явление выражается формулой Ф = F / Rm, в которой F — магнитодвижущая сила, а Rm — сопротивление затухания.

Как рассчитать цепи

Закон Ома для замкнутой цепи говорит об этом. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока с внутренним сопротивлением, а также внешнего сопротивления нагрузки. Будет равно отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.

Формула 1 — Закон Ома для замкнутой цепи

Где R Сопротивление внешней цепи измеряется в Ом

r внутреннее сопротивление источника тока также измеряется в омах

I Сила тока в цепи.Измеряется в амперах

E Электродвижущая сила источника тока измеряется в вольтах

Иногда возникают ситуации, когда необходимо найти ток в цепи, но напряжение на ее концах не выставлено. Тем не менее сопротивление цепи и электродвижущая сила источника тока известны. В этом случае применить закон Ома для участка цепи невозможно.

В данном случае применяется закон Ома для замкнутой цепи. Чтобы выяснить принцип действия этого закона, проведем эксперимент.Для этого нам понадобится источник тока, реостат, вольтметр и амперметр.

Для начала построим схему, состоящую из источника тока реостата и амперметра. Перед началом эксперимента установите реостат в максимальное положение. После включения в цепи появится ток, который можно будет наблюдать амперметром. Перемещая ползунок реостата, мы увидим, что при изменении внешнего сопротивления цепи изменяется ток.

Рисунок 1 — Измерение тока в цепи

Затем, оставив на реостате определенное сопротивление, подключите другое такое же сопротивление параллельно источнику тока.И мы увидим, что ток в цепи увеличится. Казалось бы, у обоих источников одинаковое напряжение, сопротивление внешней цепи не изменилось, почему ток увеличился.

Это произошло из-за уменьшения внутреннего сопротивления источника тока. А так как в замкнутой цепи он включен последовательно с внешним сопротивлением и источником тока. Тогда это внутреннее сопротивление также участвует в образовании тока в цепи.

Формула 2 — это закон Ома для замкнутой цепи с числом параллельно подключенных n источников тока.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в реальной замкнутой электрической цепи значение тока не способно бесконечно увеличиваться при коротком замыкании в источнике тока, так как это значение ограничено внутренним сопротивлением источника тока.

Замкнутый контур (рис. 2) состоит из двух частей — внутренней и внешней. Внутренняя часть цепи — источник тока с внутренним сопротивлением r ; внешний — различные потребители, соединительные провода, устройства и т. Д.Общее сопротивление внешней части обозначается как R … Тогда полное сопротивление цепи составляет R + R .

Закон Ома для внешнего участка цепи 1 → 2 имеем:

\ (~ \ varphi_1 — \ varphi_2 = IR. \)

Внутренний участок цепочки 2 → 1 неоднороден. Согласно закону Ома \ (~ \ varphi_2 — \ varphi_1 + \ varepsilon = Ir \). Складывая эти равенства, получаем

\ (~ \ varepsilon = IR + Ir.\ qquad (1) \)

\ (~ I = \ frac (\ varepsilon) (R + r). \ Qquad (2) \)

Последняя формула — это закон Ома для замкнутой цепи постоянного тока. Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален общему сопротивлению цепи .

Поскольку для однородного участка цепи разность потенциалов равна напряжению, то \ (~ \ varphi_1 — \ varphi_2 = IR = U \) и формулу (1) можно записать:

\ (~ \ varepsilon = U + Ir \ Rightarrow U = \ varepsilon — Ir.\)

Из этой формулы видно, что напряжение на внешнем участке уменьшается с увеличением тока в цепи при ε = конст.

Подставляя силу тока (2) в последнюю формулу, получаем

\ (~ U = \ varepsilon \ left (1 — \ frac (r) (R + r) \ right). \)

Давайте проанализируем это выражение для некоторых предельных режимов работы схемы.

а) С разомкнутой цепью ( R → ∞) U = ε , г.е. напряжение на полюсах источника тока при разомкнутой цепи равно ЭДС источника тока.

Это основа возможности приблизительного измерения ЭДС источника тока с помощью вольтметра, сопротивление которого намного больше внутреннего сопротивления источника тока (\ (~ R_v \ gg r \)) . Для этого к клеммам источника тока подключают вольтметр.

б) Если к выводам источника тока подсоединен проводник, сопротивление которого \ (~ R \ ll r \), то R + r ≈ r , тогда \ (~ U = \ varepsilon \ left (1 — \ frac (r) (r) \ right) = 0 \), а текущее \ (~ I = \ frac (\ varepsilon) (r) \) — достигает максимального значения.

Подключение проводника с незначительным сопротивлением к полюсам источника тока называется коротким замыканием , а максимальный ток для данного источника называется током короткого замыкания:

\ (~ I_ (kz) = \ frac (\ varepsilon) (r). \)

Для источников с малым значением r (например, для свинцово-кислотных аккумуляторов r = 0,1 — 0,01 Ом) ток короткого замыкания очень велик. Особенно опасно короткое замыкание в осветительных сетях от подстанций ( ε > 100 В), I кГц может достигать тысяч ампер.Во избежание возгорания в такие цепи включают предохранители.

Запишем закон Ома для замкнутой цепи при последовательном и параллельном подключении источников тока к батарее. При последовательном подключении источников «-» одного источника соединяется с «+» второго, «-» второго — с «+» третьего и так далее. (Рис.3, а). Если ε 1 = ε 2 = ε 3 a r 1 = r 2 = r 3, затем ε b = 3 ε 1, r b = 3 r один.В этом случае закон Ома для полной схемы равен \ [~ I = \ frac (\ varepsilon_b) (R + r_b) = \ frac (3 \ varepsilon_1) (R + 3r_1) \], или для n идентичных источников \ (~ I = \ frac (n \ varepsilon_1) (R + nr_1) \).

Последовательное соединение используется, когда внешнее сопротивление \ (~ R \ gg nr_1 \), затем \ (~ I = \ frac (n \ varepsilon_1) (R) \) и батарея может дать n в раз больше, чем ток от одного источника.

При параллельном подключении источников тока все источники «+» соединяются вместе, а источники «-» также вместе (Рис.3, б). В данном случае

\ (~ \ varepsilon_b = \ varepsilon_1; \ r_b = \ frac (r_1) (3). \)

Откуда \ (~ I = \ frac (\ varepsilon_1) (R + \ frac (r_1) (3)) \).

Для n идентичных источников \ (~ I = \ frac (\ varepsilon_1) (R + \ frac (r_1) (n)) \).

Параллельное соединение источников тока используется, когда необходимо получить источник тока с низким внутренним сопротивлением или когда ток должен протекать в цепи для нормальной работы потребителя электроэнергии.больше допустимого тока одного источника.

Параллельное соединение выгодно, когда R small по сравнению с r .

Иногда используется смешанное сочетание источников.

Литература

Аксенович Л.А. Физика в вузе: Теория. Задания. Тесты: Учебник. пособие для учреждений, обеспечивающих получение обсл. среда, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Эд. К. С. Фарино. — Минск: Адукаться и выхаванне, 2004.- С. 262-264.

Интерпретация закона Ома. Что такое закон Ома

Величина воздействия тока на проводник зависит от того, является ли это тепловым, химическим или магнитным действием тока. То есть, регулируя силу тока, вы можете контролировать его действие. Электрический ток, в свою очередь, — это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля.

Зависимость тока и напряжения

Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше сила тока в цепи.Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением. Следовательно, делаем вывод, что сила тока зависит от напряжения.

Действительно, экспериментально удалось установить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению. В случаях, когда величина напряжения в цепи была изменена без изменения всех других параметров, сила тока увеличивалась или уменьшалась на ту же величину, что и напряжение.

Соединение с сопротивлением

Однако любая цепь или участок цепи характеризуется другим важным значением, называемым сопротивлением электрическому току.Сопротивление обратно пропорционально силе тока. Если на каком-либо участке цепи изменить значение сопротивления без изменения напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Более того, если мы уменьшим значение сопротивления, то сила тока увеличится на ту же величину. И наоборот, с увеличением сопротивления пропорционально уменьшается сила тока.

Формула закона Ома для цепочки Раздел

Сравнивая эти две зависимости, мы можем прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 году.Он соединил вместе три вышеупомянутые физические величины и вывел закон, названный в его честь. Закон Ома для участка цепи гласит:

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

где I — сила тока,
U — напряжение,
R — сопротивление.

Применение закона Ома

Закон Ома — один из основных законов физики .Его открытие в свое время позволило совершить огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно представить ни один простейший расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Идея этого закона не только для электронщиков, но и необходимая часть базовых знаний любого образованного человека. Недаром есть такая поговорка: «Не знаешь закона Ома — сиди дома».

U = IR и R = U / I

Правда, следует понимать, что в собранной схеме величина сопротивления определенного участка цепи является постоянной величиной, поэтому при сила тока изменится, изменится только напряжение и наоборот.Чтобы изменить сопротивление участка цепи, соберите цепь заново. Расчет необходимого значения сопротивления при проектировании и сборке схемы можно произвести по закону Ома, исходя из ожидаемых значений тока и напряжения, которые будут пропущены через этот участок схемы.

Нужна помощь в обучении?

Закон Ома для участка цепи — это основной закон в электротехника.Он устанавливает взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением. С его помощью можно изучать и рассчитывать электрические схемы. Важно не просто узнать закон Ома, но понять, как он действительно применяется. Поскольку на практике при его применении довольно часто возникают ошибки, связанные с его неправильным использованием.

Определение закона Ома — ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Стоит поднять напряжение проходящее по электрической цепи, ток тоже будет расти после улавливания напряжения.Повышая сопротивление в цепи, ток будет уменьшаться во столько раз, сколько увеличилось сопротивление. Это можно увидеть на простом примере: возьмите простую трубу и дайте воде течь через нее, чем выше давление, тем сильнее поток воды, но если возникает сопротивление, поток воды значительно теряет свою скорость.
В математике принято считать: сопротивление проводника, в котором протекает ток 1А при напряжении 1В — равно 1Ом.
Формула закона Ома — означает определение тока в амперах путем деления напряжения на сопротивление в омах.
I = U / R

Правильные расчеты по закону Ома будут только тогда, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах, ток в амперах. При использовании разных версий этих значений их следует преобразовать в значения, необходимые для расчета.

Этот закон одинаков для всего участка цепи. В случае уточнения напряжения в той или иной области необходимо будет брать размеры всех значений именно из этой области.

Этот закон можно рассмотреть на примерах:

1) Определяем ток в лампе сопротивлением 2,5 Ом и напряжением 5В. Делим 5 / 2,5 получаем ток = 2А

Когда ток и сопротивление известны, напряжение также определяется по закону Ома.По формуле:
U = IR

Из того, что мы видим, напряжение на концах участка цепи точно пропорционально току и сопротивлению. Поскольку увеличение тока без изменения сопротивления возможно только при увеличении напряжения. Следовательно, постоянное сопротивление большему току ведет к большему напряжению. Если вы постоянно используете один и тот же ток с разным сопротивлением, с большим сопротивлением вам потребуется большее напряжение.

Расчет напряжения можно рассмотреть на примере:

Рассчитать напряжение при токе = 5мАм (0.005A), сопротивление 10кОм (10000 Ом). Умножьте ток * напряжение = 50В.

Связь между током и напряжением называется сопротивлением. Напряжение увеличивается, а ток увеличивается, точно так же происходит и с уменьшением. Соотношение между напряжением и током = сопротивление, которое не меняется. При рассмотрении двух секций с одинаковым током и разным напряжением видно, что в секции с высоким напряжением большее сопротивление. В том случае, когда напряжение одинаковое, а ток другой, то в области меньшего тока будет большее сопротивление.

Расчет сопротивления можно рассмотреть на примере:

Найдите сопротивление с напряжением 40 В и током 50 мА · м (0,05 А). Делим сопротивление 40 / 0,05 = 800 Ом.

Примечание: Интересуют двухуровневые натяжные потолки SATIN.BY. Перейдите по ссылке на натяжной потолок (http://satin.by/natjazhnye-potolki.html) и узнайте больше.

Если материал был полезен, вы можете сделать пожертвование нашему сайту, сделав пожертвование.
Любую сумму на развитие проекта можно

Если поместить изолированный проводник в электрическое поле \ (\ overrightarrow (E) \), то будет действовать сила \ (\ overrightarrow (F) = q \ overrightarrow (E) \) на свободных зарядах \\ (q \\) в проводнике кондуктора происходит кратковременное движение свободных зарядов.Этот процесс закончится, когда собственное электрическое поле зарядов, возникающих на поверхности проводника, полностью компенсирует внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю.

Однако в проводниках при определенных условиях может происходить непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда.

Направленное движение заряженных частиц называется поражением электрическим током.

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественная мера электрического тока — Сила тока \ (I \) — скалярная физическая величина, равная отношению заряда \ (\ Delta q \), переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) для временного интервала \ (\ Delta t \) к этому временному интервалу:

$$ I = \ frac (\ Delta q) (\ Delta t) $$

Если сила тока и ее направление не меняются со временем, то такой ток называется постоянным .

IN Международная система единиц СИ, ток измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается магнитным взаимодействием двух параллельных проводников с током.

Постоянный ток может быть создан только в замкнутой цепи , в котором свободные носители заряда перемещаются по замкнутым путям. Электрическое поле в разных точках такой цепи постоянно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля.Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутому пути работа электрических сил равна нулю. Следовательно, для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов в частях цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения . Такие устройства называются источниками постоянного тока . Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда от источников тока, называются внешними силами .

Природа внешних сил может быть разной. В гальванических элементах или батареях они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока возникают внешние силы при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидросистеме. Под действием внешних сил электрические заряды перемещаются внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока свою работу выполняют внешние силы, действующие внутри источников тока.

Физическая величина, равная отношению работы \\ (A_ (st) \\) внешних сил, когда заряд \\ (q \\) перемещается от отрицательного полюса источника тока к положительному на величину этот заряд называется источник электродвижущей силы (EMF):

$$ ЭДС = \ varepsilon = \ frac (A_ (st)) (q).

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой внешними силами при перемещении одиночного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в Вольт (В).

Когда единичный положительный заряд движется по замкнутой цепи постоянного тока, работа внешних сил равна сумме ЭДС, действующей в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разделить на отдельные участки. Те участки, на которые не действуют внешние силы (т.е., участки, не содержащие источников тока) называются однородными . Разделы, включающие источники тока, называются гетерогенными .

Когда единичный положительный заряд движется по определенной части цепи, как электростатические (кулоновские), так и внешние силы совершают работу. Работа электростатических сил равна разности потенциалов \ (\ Delta \ phi_ (12) = \ phi_ (1) — \ phi_ (2) \) между начальной (1) и конечной ( 2) точки неоднородного участка.Работа внешних сил по определению равна электродвижущей силе \\ (\\ mathcal (E) \\), действующей на этом узле. следовательно полная работа равна

$$ U_ (12) = \ phi_ (1) — \ phi_ (2) + \ mathcal (E) $$

Значение U 12 называется напряжение на цепочке 1-2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

$$ U_ (12) = \ phi_ (1) — \ phi_ (2) $$

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока \\ (I \\), протекающего через однородный металлический проводник (т. Е. Проводник, в котором не действуют внешние силы), пропорциональна напряжению \\ (U \\) на концах проводника:

$$ I = \ frac (1) (R) U; \\: U = IR $$

где \ (R \) = const.

Значение R обычно называют электрическое сопротивление . Проводник с электрическим сопротивлением называется , резистор . .Это соотношение выражает закон Ома для однородный участок цепи: : ток в проводнике прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника.

В единицах СИ обслуживает электрическое сопротивление проводников Ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В протекает ток 1 А.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными .Графическая зависимость силы тока \ (I \) от напряжения \ (U \) (такие графики называются вольт-амперной характеристикой , сокращенно CVC) представлен прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует множество материалов и устройств, не соответствующих закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже для металлических проводников с токами достаточно большой силы наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры.

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

$$ IR = U_ (12) = \ phi_ (1) — \ phi_ (2) + \ mathcal (E) = \ Delta \ phi_ (12) + \ mathcal (E) $$
$$ \ цвет (синий) (I = \ frac (U) (R)) $$

Это соотношение называется обобщенным законом Ом или законом Ом для неоднородного участка цепи .

На рис. 1.8.2 показывает замкнутую цепь постоянного тока. Участок цепи ( cd ) однородный.

Закон Ома

$$ IR = \ Delta \ phi_ (cd) $$

График ( ab ) содержит источник тока с ЭДС, равной \\ (\\ mathcal (E) \\).

По закону Ома для неоднородного сайта,

$$ Ir = \ Delta \ phi_ (ab) + \ mathcal (E) $$

Складывая оба равенства, получаем:

$$ I (R + r) = \ Delta \ phi_ (cd) + \ Delta \ phi_ (ab) + \ mathcal (E) $$

Но \ (\ Delta \ phi_ (cd) = \ Delta \ phi_ (ba) = — \ Delta \ phi_ (ab) \).

$$ \ цвет (синий) (I = \ frac (\ mathcal (E)) (R + r)) $$

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи : сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородных и неоднородных участков цепи (внутреннее сопротивление источника).

Сопротивление r неоднородный участок на рис. 1.8.2 можно рассматривать как внутреннее сопротивление источника тока .В этом случае график ( ab ) на рис. 1.8.2 — это внутренняя часть источника. Если точки a и b замыкаются проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (\\ (R \\ \\ ll r \\)), то он потечет в цепь ток короткого замыкания

$$ I_ (короткий) = \ frac (\ mathcal (E)) (r) $$

Сила тока короткого замыкания — это максимальная сила тока, которая может быть получена от данного источника с электродвижущей силой \\ (\\ mathcal (E) \\) и внутренним сопротивлением \\ (r \\).Для источников с низким внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень высоким и вызвать разрушение электрической цепи или источника. Например, в свинцовых аккумуляторах, используемых в автомобилях, ток короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного воздействия таких больших токов, в схему включены предохранители или специальные автоматические выключатели.

В некоторых случаях для предотвращения опасных значений тока короткого замыкания некоторое внешнее сопротивление подключается последовательно с источником.Тогда сопротивление r равно сумме внутреннего сопротивления источника и внешнего сопротивления, и в случае короткого замыкания сила тока не будет чрезмерно большой.

Если внешняя цепь разомкнута, то \ (\ Delta \ phi_ (ba) = — \ Delta \ phi_ (ab) = \ mathcal (E) \), т.е. разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равна ее ЭДС.

Если внешнее сопротивление нагрузки R включено и ток течет через батарею I , разность потенциалов на ее полюсах становится равной

$$ \ Delta \ phi_ (ba) = \ mathcal (E) — Ir $$

На рис.1.8.3 — схематическое изображение источника постоянного тока с ЭДС равной \\ (\\ mathcal (E) \\) и внутренним сопротивлением r в трех режимах: «холостой ход», работа на нагрузке и короткое замыкание. режим (короткое замыкание). Напряжение обозначено \\ (\\ стрелка вверх (E) \\) электрическое поле внутри батареи и силы, действующие на положительные заряды: \\ (\\ стрелка вправо (F) _ (e) \\) — электрическая мощность и \\ ( \\ overrightarrow (F) _ (st) \\) — внешняя сила. В режиме короткого замыкания электрическое поле внутри аккумулятора исчезает.

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы — вольтметры и амперметры .

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он соединяет параллельно той части цепи, на которой измеряется разность потенциалов. Любой вольтметр имеет какое-то внутреннее сопротивление \\ (R_ (V) \\). Чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением той части цепи, к которой он подключен.Для схемы, показанной на рис. 1.8.4 это условие записывается как:

$$ R_ (B) \ gg R_ (1) $$

Это условие означает, что текущий через вольтметр ток \ (I_ (V) = \ Delta \ phi_ (cd) / R_ (V) \) намного меньше, чем ток \ (I = \ \ Delta \ phi_ (cd) / R_ (1) \), которая протекает по тестируемому участку цепи.

Поскольку внутри вольтметра не действуют внешние силы, разность потенциалов на его выводах по определению совпадает с напряжением.Поэтому можно сказать, что вольтметр измеряет напряжение.

Амперметр Предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр подключается последовательно к разомкнутой цепи, так что весь измеряемый ток проходит через него. Амперметр также имеет некоторое внутреннее сопротивление \\ (R_ (A) \\). В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть довольно небольшим по сравнению с общим сопротивлением всей цепи. Для схемы на рис. 1.8.4 сопротивление амперметра должно удовлетворять условию

$$ R_ (A) \\ ll (r + R_ (1) + R (2)) $$

, чтобы при включении амперметра ток в цепи не менялся.

Измерительные приборы — вольтметры и амперметры — бывают двух типов: стрелочные (аналоговые) и цифровые. Цифровые электрические счетчики — это сложные электронные устройства. Обычно цифровые приборы обеспечивают более высокую точность измерения.

Основной закон электротехники, с помощью которого вы можете изучать и рассчитывать электрические цепи, — это закон Ома, который устанавливает взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.Необходимо четко понимать его суть и уметь правильно использовать при решении практических задач. Часто ошибки допускаются в электротехнике из-за невозможности правильно применить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Если вы увеличите в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится на такую ​​же величину.А если увеличить сопротивление цепи в несколько раз, то на такую ​​же величину уменьшится ток. Точно так же поток воды в трубе тем больше, чем сильнее давление и тем меньше сопротивление, которое труба оказывает движению воды.

Чтобы выразить закон Ома наиболее просто математически, предположим, что сопротивление проводника, в котором проходит ток 1 А при напряжении 1 В, равно 1 Ом.

Ток в амперах всегда можно определить, разделив напряжение в вольтах на сопротивление в омах.поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующим образом:

I = U / R.

Магический треугольник

Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать с помощью трех характеристик: тока, напряжения и сопротивления.

Как использовать треугольник Ома: закройте желаемое значение — два других символа дадут формулу для его вычисления. Кстати, закон Ома относится только к одной формуле из треугольника — той, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления.Две другие формулы, хотя и являются ее следствием, физического смысла не имеют.

Расчеты, выполненные с использованием закона Ома для участка цепи, будут правильными, если напряжение выражено в вольтах, сопротивление — в омах, а ток — в амперах. Если используются несколько единиц измерения этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. Д.), То они должны быть преобразованы в амперы, вольты и омы соответственно. Чтобы подчеркнуть это, иногда формула закона Ома для участка цепи записывается так:

ампер = вольт / ом

Также можно рассчитать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килограммах и мегаомах соответственно.

Другие статьи об электричестве простым и доступным способом:

Закон Ома действует для любой части цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то действующее в этом участке напряжение (рис. 1) необходимо разделить на сопротивление этого конкретного участка.

Рис. 1. Применение закона Ома для участка цепи.

Часто, зная ток и сопротивление, напряжение определяется по закону Ома.Записываем формулу для определения напряжения

У = ИК

Эта формула показывает, что напряжение на концах этого участка цепи прямо пропорционально току и сопротивлению. Смысл этой зависимости понять нетрудно. Если не менять сопротивление цепи, то увеличить ток можно только за счет увеличения напряжения. Таким образом, при постоянном сопротивлении больший ток соответствует большему напряжению. Если необходимо получить одинаковый ток при разных сопротивлениях, то при более высоком сопротивлении должно быть соответственно более высокое напряжение.

Напряжение в цепи часто называют падением напряжения. Это часто приводит к недоразумениям. Многие думают, что падение напряжения — это какое-то потерянное ненужное напряжение. В действительности понятия напряжения и падения напряжения эквивалентны.

Расчет напряжения по закону Ома можно показать в следующем примере. Пусть ток 5 мА проходит через участок цепи с сопротивлением 10 кОм, и необходимо определить напряжение на этом участке.

Умножив I = 0,005 А при R -10000 Ом, мы получим напряжение 5 0 В. Тот же результат можно было бы получить, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В

В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление — в килоомах. Поэтому эти единицы измерения удобно использовать в расчетах по закону Ома.

Согласно закону Ома, сопротивление также вычисляется, если известны напряжение и ток. Формула для этого случая записывается так: R = U / I.

Сопротивление — это всегда отношение напряжения к току. Если напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз, ток будет увеличиваться или уменьшаться в такое же количество раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.

Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит от истечения и напряжения. Известно, что это зависит от длины, площади сечения и материала проводника.По внешнему виду формула определения сопротивления напоминает формулу расчета тока, но между ними есть принципиальное отличие.

Ток в этом участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. И сопротивление этого участка цепи является постоянной величиной, не зависящей от изменений напряжения и тока, но равной отношению этих величин.

Когда один и тот же ток течет в двух участках цепи и прикладываемые к ним напряжения различаются, очевидно, что участок, к которому приложено более высокое напряжение, имеет соответственно большее сопротивление.

И если под действием одного и того же напряжения в двух разных частях цепи проходит разный ток, то меньший ток всегда будет в той части, которая имеет большее сопротивление. Все это следует из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. Е. Из того, что чем больше ток, тем больше напряжение и меньше сопротивление.

Мы покажем расчет сопротивления по закону Ома для участка цепи на следующем примере.Пусть необходимо найти сопротивление участка, через который проходит ток 50 мА при напряжении 40 В. Выражая ток в амперах, получаем I = 0,05 А. Делим 40 на 0,05 и находим, что сопротивление равно 800 Ом.

Закон Ома можно представить в виде так называемых вольт-амперных характеристик. Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами — это прямая линия, проходящая через начало координат. Эта зависимость называется линейной.

На рис.На рисунке 2 в качестве примера показан график закона Ома для участка цепи с сопротивлением 100 Ом. По горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, по вертикальной оси — ток в амперах. Шкалу тока и напряжения можно выбрать по своему усмотрению. Проводится прямая линия так, чтобы в любой ее точке отношение напряжения к току составляло 100 Ом. Например, если U = 50 В, то I = 0,5 А и R = 50: 0,5 = 100 Ом.

Рис. 2. Закон Ома (вольт-амперная характеристика)

График закона Ома для отрицательных значений тока и напряжения имеет такой же вид.Это говорит о том, что ток в цепи течет одинаково в обоих направлениях. Чем больше сопротивление, тем меньше тока получается при заданном напряжении и тем более полой проходит прямая линия.

Устройства, в которых вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, т. Е. Сопротивление остается постоянным при изменении напряжения или тока, называются линейными приборами. Также используются термины линейные цепи, линейные сопротивления.

Также существуют устройства, в которых сопротивление изменяется при изменении напряжения или тока.Тогда связь между током и напряжением не выражается по закону Ома, а более сложна. Для таких устройств вольт-амперная характеристика не будет прямой линией, проходящей через начало координат, а будет либо кривой, либо ломаной. Эти устройства называются нелинейными.

Мнемоническая диаграмма закона Ома

Каков закон Ома для полной цепи? Итак, это формула, в которой хорошо видна связь между основными параметрами электрической цепи: током, напряжением и сопротивлением.Чтобы понять суть закона, давайте сначала разберемся с некоторыми понятиями.

Что называют электрической цепью?

Электрическая цепь — это путь в электрической цепи, через который происходит зарядка потока (электрические элементы, провода и другие устройства). Конечно, его начало считается источником энергии. Под воздействием электромагнитного поля, фотонных явлений или химических процессов электрические заряды стремятся перейти к противоположному выводу этого источника энергии.

Что такое электрический ток?

Направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля или других внешних сил называется электрическим током.Его направление определяется направлением протонов (положительных зарядов). Ток будет постоянным, если ни его сила, ни направление не изменились с течением времени.

История закона Ома

При проведении экспериментов с проводником физик Джордж Ом смог установить, что сила тока пропорциональна напряжению, приложенному к его концам:

I / sim U или I = G / U ,

где G — электрическая проводимость, а величина R = 1 / G — электрическое сопротивление проводника.Это открытие было сделано известным немецким физиком в 1827 году.

Законы Ома

Для полной цепи определение будет следующим: сила тока в цепи равна отношению электродвижущей силы (далее ЭДС) источник к сумме сопротивлений:

I = E / (R + r),

где R — сопротивление внешней цепи, а r — внутреннее сопротивление. Довольно часто формулировка закона вызывает затруднения, Поскольку не все знают понятие ЭДС, ее отличие от напряжения, не все знают, что означает внутреннее сопротивление и откуда оно берется.Это требует уточнения, потому что закон Ома для полной цепи имеет глубокий смысл.

Формулировку закона для участка цепи можно назвать прозрачным. Дело в том, что для его понимания не требуется дополнительных пояснений: ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению:

Значение

Закон Ома для всей цепи прочно связан с законом сохранение энергии.Предположим, что источник тока не имеет внутреннего сопротивления. Что тогда должно произойти? Получается, что если бы не было сопротивления, то во внешнюю цепь подавали бы ток, соответственно, и мощность была бы больше.

Теперь пора заняться концепцией электродвижущей силы. Это значение представляет собой разницу между электрическими потенциалами на клеммах источника, но только без какой-либо нагрузки. В качестве примера возьмем давление воды в приподнятом резервуаре.Уровень воды будет оставаться на месте до тех пор, пока не начнется ее расход. При открытии крана уровень жидкости будет уменьшаться, так как подкачки нет. Попадая в трубу, вода испытывает сопротивление, то же самое происходит с электрическими зарядами в проводе.

При отсутствии нагрузок клеммы в разомкнутом состоянии, оказывается, ЭДС и напряжение одинаковы. Если, например, мы включаем лампочку, цепь замыкается, и электродвижущая сила создает в ней напряжение, выполняя полезную работу.Часть энергии из-за внутреннего сопротивления рассеивается (это называется потерей).

В случае, если сопротивление потребителя меньше внутреннего, то на источник тока выделяется большая мощность. И тогда во внешней цепи ЭДС падает, и значительная часть энергии теряется на внутреннем сопротивлении. Суть законов сохранения в том, что природа не может брать больше, чем давать.

Суть внутреннего сопротивления хорошо известна хрущевцам, у которых в квартирах установлены кондиционеры, а старая проводка не заменена.Электросчетчик вращается с бешеной скоростью, розетка и стена нагреваются в тех местах, где проходят старые алюминиевые провода, из-за чего кондиционер еле охлаждает воздух в помещении.

Nature r

«Полный Ом» (как обычно называют закон электрики) плохо изучен, поскольку внутреннее сопротивление источника обычно не имеет электрического характера. Разберемся на примере соляной батареи. Известно, что электрическая батарея состоит из нескольких элементов, но мы рассмотрим только один.Итак, у нас есть готовый аккумулятор «Крона», состоящий из 7 элементов, соединенных последовательно.

Как происходит генерация тока? В сосуд с электролитом помещаем угольный стержень в марганцевую оболочку, состоящую из положительных электродов или анодов. В частности, в этом примере углеродный стержень действует как токоприемник. Металлический цинк состоит из отрицательных электродов (катодов). В покупных аккумуляторах, как правило, гелевый электролит. Жидкость используется очень редко. Цинковая чашка с электролитом и анодами действует как отрицательный электрод.

Оказывается, секрет батареи заключается в том, что электрический потенциал марганца не такой высокий, как у цинка. Следовательно, электроны притягиваются к катоду, а он, в свою очередь, отталкивает положительно заряженные ионы цинка к аноду. В результате катод постепенно расходуется. Пожалуй, все знают, что если вовремя не заменить севший аккумулятор, то он может потечь. Что является причиной этого? Все очень просто: через отсоединенную чашку начнет вытекать электролит.

При движении зарядов по угольному стержню положительные заряды накапливаются в марганцевой оболочке, а отрицательные — на цинке. Поэтому их называют анодом и катодом, но внутри батареи выглядят по-разному. Разница между зарядами и создаст электродвижущую силу. Заряды перестанут двигаться в электролите, когда разность потенциалов материала электрода станет равной величине ЭДС, а силы притяжения будут равны силам отталкивания.

Давайте замкнем цепь: просто подключите лампочку к аккумулятору. Пройдя через источник искусственного света, заряды вернутся каждый на свое место («дом»), и включится свет. Внутри батареи движение электронов и ионов начнется снова, так как заряды ушли наружу, и снова появилась сила притяжения или отталкивания.

Фактически батарея вырабатывает ток, из-за чего лампочка загорается, это происходит из-за расхода цинка, который превращается в другие химические соединения.Чтобы извлечь чистый цинк по закону сохранения энергии, нужно его потратить, но не в электрическом виде (ровно столько, сколько дали лампочке).

Теперь, наконец, мы можем выяснить природу внутреннего сопротивления источника. В аккумуляторе — это препятствие движению крупных ионов. Движение электронов без ионов невозможно, потому что нет силы притяжения.

В промышленных генераторах r появляется не только из-за электрического сопротивления обмоток, но и из-за внешних причин.Так, например, на гидроэлектростанциях величина количества зависит от КПД турбины, сопротивления потока воды в водоводе, а также от потерь в механической передаче. Кроме того, некоторое влияние оказывает температура воды и степень ее заиливания.

Переменный ток

Мы уже исследовали закон Ома для всей цепи постоянного тока. Как формула меняется при переменном токе? Прежде чем мы это узнаем, давайте охарактеризуем саму концепцию.Переменный ток — это движение электрически заряженных частиц, направление и величина которых меняются с течением времени. В отличие от постоянного, он сопровождается дополнительными факторами, порождающими новый тип сопротивления (реактивное). Это характерно для конденсаторов и катушек индуктивности.

Закон Ома для полной цепи переменного тока имеет вид:

где Z — комплексное сопротивление, состоящее из активного и реактивного.

Неплохо

Закон Ома для всей цепи, помимо указания потерь энергии, предлагает еще и способы их устранения.Обычные электрики редко используют формулу для нахождения комплексного сопротивления при наличии конденсаторов или индуктивностей в цепи. В большинстве случаев сила тока измеряется галочкой или специальным тестером. А когда известно напряжение, можно легко вычислить комплексное сопротивление (если оно действительно необходимо).