Как узнать напряжение зная силу тока и сопротивление: Формула напряжения тока. Найти электрическое напряжение, разность потенциалов.

Содержание

Формула напряжения тока. Найти электрическое напряжение, разность потенциалов.

Как известно у электрического напряжения должна быть своя мера, которая изначально соответствует той величине, что рассчитана для питания того или иного электротехнического устройства. Превышение или снижение величины этого напряжения питания негативно влияет на электрическую технику, вплоть до полного выхода ее из строя. А что такое напряжение? Это разность электрических потенциалов. То есть, если для простоты понимания его сравнить с водой, то это примерно будет соответствовать давлению. По научному электрическое напряжение — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда.

Наиболее распространенной формулой напряжения тока является та, в которой имеются три основные электрические величины, а именно это само напряжение, ток и сопротивление. Ну, а формула эта известна под названием закона Ома (нахождение электрического напряжения, разности потенциалов).

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Напомню, в электротехнике для различных физических величин существуют свои единицы измерения. Единицей измерения напряжения является «Вольт» (в честь ученого Алессандро Вольта, который открыл это явление). Единица измерения силы тока — «Ампер», и сопротивления — «Ом». В итоге мы имеем — электрическое напряжение в 1 вольт будет равно 1 ампер умноженный на 1 ом.

Помимо этого второй наиболее используемой формулой напряжения тока является та, в которой это самое напряжение можно найти зная электрическую мощность и силу тока.

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение. Ну, и чтобы найти силу тока нужно мощность разделить на напряжение. Все предельно просто. Единицей измерения электрической мощности является «Ватт». Следовательно 1 вольт будет равен 1 ватт деленный на 1 ампер.

Ну, а теперь приведу более научную формулу электрического напряжения, которая содержит в себе «работу» и «заряды».

В этой формуле показывается отношение совершаемой работы по перемещению электрического заряда. На практике же данная формула вам вряд ли понадобится. Наиболее встречаемой будет та, которая содержит в себе ток, сопротивление и мощность (то есть первые две формулы). Но, хочу предупредить, что она будет верна лишь для случая применения активных сопротивлений. То есть, когда расчеты производятся для электрической цепи, у которой имеется сопротивления в виде обычных резисторов, нагревателей (со спиралью нихрома), лампочек накаливания и так далее, то приведенная формула будет работать. В случае использования реактивного сопротивления (наличии в цепи индуктивности или емкости) нужна будет другая формула напряжения тока, которая учитывает также частоту напряжения, индуктивность, емкость.

P. S. Формула закона Ома является фундаментальной, и именно по ней всегда можно найти одну неизвестную величину из двух известных (ток, напряжение, сопротивление). На практике закон ома будет применяться очень часто, так что его просто необходимо знать наизусть каждому электрику и электронику.

Как определить силу электрического тока, как узнать, вычислить какой ток в схеме, цепи.

Известно, что электрический ток заряженных частиц лежит в основе работы всей электротехники. Знание его величины дает понимание о режиме работы той или иной цепи, схемы. Если для специалиста электрика, электронщика не составит особого труда определить силу тока, то для новичка это может оказаться проблемой. В этой теме давайте с вами рассмотрим, какими именно способами можно узнать, вычислить, найти электрический ток используя как непосредственные измерения так и формулы.

Основными электрическими величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность. Пожалуй главной формулой электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (ток равен напряжение деленное на сопротивление). Данную формулу приходится использовать повсеместно. Из нее можно вывести две другие: R=U/I и U=I*R. Зная любые две величины всегда можно вычислить третью. Напомню, что при использовании формул нужно пользоваться основными единицами измерения. Для тока это амперы, для напряжения это вольты и для сопротивления это омы.

К примеру, вам нужно быстро определить силу тока, которую потребляем электрочайник. Напряжение нам известно, это 220 вольт. Берем в руки мультиметр, электронный тестер, меряем сопротивление в омах. Далее мы просто напряжение перемножаем на это сопротивление. В итоге мы получаем искомую силу тока в амперах. Хочу уточнить, что данная форума работает только для цепей с активной нагрузкой (обычные нагреватели, лампы накаливания, светодиоды и т.д.). Для реактивной нагрузки формула имеет иной вид, где уже используется такие величины как индуктивность, емкость, частота.

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I. Если вам известны любые две величины из тока, напряжения и мощности, всегда можно вычислить третью.

Помимо формул силу тока можно определить и практическим путем, через обычное измерение тестером, мультиметром. Для новичков сообщаю, что силу тока нужно измерять в разрыв электрической цепи. То есть, к примеру, у нас схема, прибор, с него выходит кабель с двумя проводами питания. Берем измеритель, выставляем на нем нужный диапазон измерения. Далее, один щуп измерителя мы прикладываем к одному из проводов питания устройства, а другой щуп измерителя к одному из контактов самого электропитания. Ну, и оставшийся провод, идущий от устройства мы также подсоединяем ко второму контакту питания. После включения самого устройства на измерителе появится величина тока, которую он потребляет при своей работе.

При измерении силы тока нужно помнить, что имеет значение какой вид тока течет по цепи (переменный или постоянный). Допустим, на большинство электротехники подается переменное напряжение, следовательно и измерять на входе ток нужно переменного типа. Внутри устройств обычно стоят блоки питания, которые снижают сетевое напряжение до меньших величин и делают его постоянным. Значит ту часть электрической цепи, что стоит после выпрямляющего диодного моста (делающая из переменного тока постоянный) уже нужно измерять как постоянный ток. Если вы попытаетесь измерить силу тока не своего типа, то и показания вы получите неверные.

Напряжение измеряют по другому. Измерительные щупы уже прикладываются не в разрыв цепи, как это делается у тока, а параллельно контактам питания. И в этом случае тип напряжения имеет значение (переменное или постоянное). Так что будьте внимательны, когда выставляете тип тока (напряжения) и их предел на тестере.

P.S. Именно сила тока в электротехнике делает всю работу, что мы воспринимаем как свет, тепло, звук, движение и т. д. Для облегчения понимания, что такое ток, а что такое напряжение можно привести аналогию с обычной водой. Так вот давление в воды в водопроводе будет соответствовать примерно электрическому напряжению, а движение самой воды это будет ток.

как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Добавлено 30 сентября 2020 в 00:30

Сохранить или поделиться

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления
Величина	Символ	Единица измерения	Сокращение единицы измерения
Ток	I	Ампер	А
Напряжение	V	Вольт	В
Сопротивление	R	Ом	Ом

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

\[E=IR\]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

\[I = \frac{E}{R}\]

\[R = \frac{E}{I}\]

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

\[I = \frac{E}{R} = \frac{12 \ В}{3 \ Ом} = 4 \ А\]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

\[R = \frac{E}{I} = \frac{36 \ В}{4 \ А} = 9 \ Ом\]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Резюме

Напряжение измеряется в вольтах, обозначается буквами «E» или «V».
Сила тока измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
Сопротивление измеряется в омах, обозначается буквой «R».
Закон Ома: E = IR; I = E/R; R = E/I

Оригинал статьи:

Закон ома простым языком. Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению

Вся прикладная электротехника базируется на одном догмате – это закон Ома для участка цепи. Без понимания принципа этого закона невозможно приступать к практике, поскольку это приводит к многочисленным ошибкам. Имеет смысл освежить эти знания, в статье мы напомним трактовку закона, составленного Омом, для однородного и неоднородного участка и полной цепи.

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

То есть, поднимая напряжение, мы тем самым увеличиваем ток. В то время, как увеличение такого параметра, как «R», ведет к снижению «I». Естественно, что на рисунке сопротивление цепи показано одним элементом, хотя это может быть последовательное, параллельное (вплоть до произвольного)соединение нескольких проводников.

В дифференциальной форме закон мы приводить не будем, поскольку в таком виде он применяется, как правило, только в физике.

Принятые единицы измерения

Необходимо учитывать, что все расчеты должны проводиться в следующих единицах измерения:

напряжение – в вольтах;
ток в амперах
сопротивление в омах.

Если вам встречаются другие величины, то их необходимо будет перевести к общепринятым.

Формулировка для полной цепи

Трактовка для полной цепи будет несколько иной, чем для участка, поскольку в законе, составленном Омом, еще учитывает параметр «r», это сопротивление источника ЭДС. На рисунке ниже проиллюстрирована подобная схема.

Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:

Заметим, если «R» сделать равным 0, то появляется возможность рассчитать «I», возникающий во время короткого замыкания.

Напряжение будет меньше ЭДС, определить его можно по формуле:

Собственно, падение напряжения характеризуется параметром «I*r». Это свойство характерно многим гальваническим источникам питания.

Неоднородный участок цепи постоянного тока

Под таким типом подразумевается участок, где помимо электрического заряда производится воздействие других сил. Изображение такого участка показано на рисунке ниже.

Формула для такого участка (обобщенный закон) будет иметь следующий вид:

Переменный ток

Если в схема, подключенная к переменному току снабжена емкостью и/или индуктивностью (катушкой), расчет производится с учетом величин их реактивных сопротивлений. Упрощенный вид закона будет выглядеть следующим образом:

Где «Z» представляет собой импеданс, это комплексная величина, состоящая из активного (R) и пассивного (Х) сопротивлений.

Практическое использование

Видео: Закон Ома для участка цепи – практика расчета цепей.

Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.

Используя такой план, можно вычислить все необходимые характеристики для неразветвленного участка. Рассмотрим более детальные примеры.
Находим силу тока

Рассмотрим теперь более определенный пример, допустим, возникла необходимость узнать ток, протекающий через лампу накаливания. Условия:

Напряжение – 220 В;
R нити накала – 500 Ом.

Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.

Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:

В этом случае, в первую очередь, потребуется выполнить преобразование: 0,2 МОм = 200000 Ом,после чего можно приступать к решению: 400 В/200000 Ом=0,002 А (2 мА).
Вычисление напряжения

Для решения мы также воспользуемся законом, составленным Омом. Итак задача:

Преобразуем исходные данные:

20 кОм = 20000 Ом;
10 мА=0,01 А.

Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.

Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.

Сопротивление.

Несмотря на то, что общий вид способа для расчета параметра «R» напоминает нахождение значения «I», между этими вариантами существуют принципиальные различия. Если ток может меняться в зависимости от двух других параметров, то R (на практике) имеет постоянное значение. То есть по своей сути оно представляется в виде неизменной константы.

Если через два разных участка проходит одинаковый ток (I), в то время как приложенное напряжение (U) различается, то, опираясь на рассматриваемый нами закон, можно с уверенностью сказать, что там где низкое напряжение «R» будет наименьшим.

Рассмотрим случай когда разные токи и одинаковое напряжение на несвязанных между собой участках. Согласно закону, составленному Омом, большая сила тока будет характерна небольшому параметру «R».

Рассмотрим несколько примеров.

Допустим, имеется цепь, к которой подведено напряжение U=50 В, а потребляемый ток I=100 мА. Чтобы найти недостающий параметр, следует 50 В / 0,1 А (100 мА), в итоге решением будет – 500 Ом.

Вольтамперная характеристика позволяет наглядно продемонстрировать пропорциональную (линейную) зависимость закона. На рисунке ниже составлен график для участка с сопротивлением равным одному Ому (почти как математическое представление закона Ома).

Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом

Изображение вольт-амперной характеристики

Вертикальная ось графика отображает ток I (A), горизонтальная – напряжение U(В). Сам график представлен в виде прямой линии, которая наглядно отображает зависимость от сопротивления, которое остается неизменным. Например, при 12 В и 12 А «R» будет равно одному Ому (12 В/12 А).

Обратите внимание, что на приведенной вольтамперной характеристике отображены только положительные значения. Это указывает, что цепь рассчитана на протекание тока в одном направлении. Там где допускается обратное направление, график будет продолжен на отрицательные значения.

Заметим, что оборудование, вольт-амперная характеристика которого отображена в виде прямой линии, именуется – линейным. Этот же термин используется для обозначения и других параметров.

Помимо линейного оборудования, есть различные приборы, параметр «R» которых может меняться в зависимости от силы тока или приложенного напряжения. В этом случая для расчета зависимости нельзя использовать закон Ома. Оборудование такого типа называется нелинейным, соответственно, его вольт-амперные характеристики не будут отображены в виде прямых линий.

Вывод

Как уже упоминалось в начале статьи, вся прикладная электротехника базируется на законе, составленном Омом. Незнание этого базового догмата может привести к неправильному расчету, который, в свою очередь, станет причиной аварии.

Подготовка электриков как специалистов начинается с изучения теоретических основ электротехники. И первое, что они должны запомнить – это закон составленный Омом, поскольку на его основе производятся практически все расчеты параметров электрических цепей различного назначения.

Понимание основного закона электротехники поможет лучше разбираться в работе электрооборудования и его основных компонентов. Это положительно отразится на техническом обслуживании в процессе эксплуатации.

Самостоятельная проверка, разработка, а также опытное изучение узлов оборудования – все это существенно упрощается, если использовать закон Ома для участка цепи. При этом не требуется проводить всех измерений, достаточно снять некоторые параметры и, проведя несложные расчеты, получить необходимые значения.

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

Принятые единицы измерения

Необходимо учитывать, что все расчеты должны проводиться в следующих единицах измерения:

напряжение – в вольтах;
ток в амперах
сопротивление в омах.

Если вам встречаются другие величины, то их необходимо будет перевести к общепринятым.

Формулировка для полной цепи

Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:

Напряжение будет меньше ЭДС, определить его можно по формуле:

Неоднородный участок цепи постоянного тока

Формула для такого участка (обобщенный закон) будет иметь следующий вид:

Переменный ток

Практическое использование

Видео: Закон Ома для участка цепи – практика расчета цепей.

Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.

Напряжение – 220 В;
R нити накала – 500 Ом.

Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.

Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:

Преобразуем исходные данные:

20 кОм = 20000 Ом;
10 мА=0,01 А.

Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.

Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.

Сопротивление.

Рассмотрим несколько примеров.

Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом

Изображение вольт-амперной характеристики

Вывод

«Физика — 10 класс»

Что заставляет заряды двигаться вдоль проводника?

Как электрическое поле действует на заряды?

Вольт-амперная характеристика.

В предыдущем параграфе говорилось, что для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах. Сила тока в проводнике определяется этой разностью потенциалов. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряжённость электрического поля в проводнике и, следовательно, тем большую скорость направленного движения приобретают заряженные частицы. Это означает увеличение силы тока.

Для каждого проводника — твёрдого, жидкого и газообразного — существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника.

Зависимость силы тока в проводнике от напряжения, подаваемого на него, называют вольт-амперной характеристикой
проводника.

Её находят, измеряя силу тока в проводнике при различных значениях напряжения. Знание вольт-амперной характеристики играет большую роль при изучении электрического тока.

Закон Ома.

Наиболее простой вид имеет вольт- амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые (для металлов) её установил немецкий учёный Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома
.

На участке цепи, изображённой на рисунке 15.3, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна U = φ 1 — φ 2 . Так как ток направлен слева направо, то напряжённость электрического поля направлена в ту же сторону и φ 1 > φ 2 .

Измеряя силу тока амперметром а напряжение вольтметром, можно убедиться в том, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка R.

Применение обычных приборов для измерения напряжения — вольтметров — основано на законе Ома. Принцип устройства вольтметра такой же, как и у амперметра. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.

Сила тока, проходящего по вольтметру, определяется напряжением между точками цепи, к которой он подключён. Поэтому, зная сопротивление вольтметра, можно по силе тока определить напряжение. На практике прибор градуируют так, чтобы он сразу показывал напряжение в вольтах.

Сопротивление.

Основная электрическая характеристика проводника — сопротивление
. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, т. е. противодействовать электрическому току, называют электрическим сопротивлением проводника
.

С помощью закона Ома (15.3) можно определить сопротивление проводника:

Для этого нужно измерить напряжение на концах проводника и силу тока в нём.

На рисунке 15.4 приведены графики вольт-амперных характеристик двух проводников. Очевидно, что сопротивление проводника, которому соответствует график 2, больше, чем сопротивление проводника, которому соответствует график 1.

Сопротивление проводника не зависит от напряжения и силы тока.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно:

где ρ — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).

Величину ρ называют удельным сопротивлением проводника
.

Удельное сопротивление материала численно равно сопротивлению проводника из этого материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .

Единицу сопротивления проводника устанавливают на основе закона Ома и называют её омом.

Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нём 1 А.

Единицей удельного сопротивления является 1 Ом м. Удельное сопротивление металлов мало. А вот диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением. Например, удельное сопротивление серебра 1,59 10 -8 Ом м, а стекла порядка 10 10 Ом м. В справочных таблицах приводятся значения удельного сопротивления некоторых веществ.

Значение закона Ома.

Из закона Ома следует, что при заданном напряжении сила тока на участке цепи тем больше, чем меньше сопротивление этого участка. Если по какой-то причине (нарушение изоляции близко расположенных проводов, неосторожные действия при работе с электропроводкой и пр. ) сопротивление между двумя точками, находящимися под напряжением, оказывается очень малым, то сила тока резко возрастает (возникает короткое замыкание), что может привести к выходу из строя электроприборов и даже возникновению пожара.

Именно из-за закона Ома нельзя говорить, что чем выше напряжение, тем оно опаснее для человека. Сопротивление человеческого тела может сильно изменяться в зависимости от условий (влажности, температуры окружающей среды, внутреннего состояния человека) поэтому даже напряжение 10-20 В может оказаться опасным для здоровья и жизни человека. Следовательно, всегда необходимо учитывать не только напряжение, но и силу электрического тока. При работе в физической лаборатории нужно строго соблюдать правила техники безопасности!

Закон Ома — основа расчётов электрических цепей в электротехнике.

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах
.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах
. Один Вольт
– это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл
совершает работу, равную 1 Джоуль
.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах
.

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826
году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати!
Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС , читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего . А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Закон Ома записывается формулой:

Где: I — сила тока (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ом).

Следует иметь в виду, что закон Ома является фундаментальным
(основным) и может быть применён к любой физической системе, в которой действуют потоки частиц или полей, преодолевающие сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков.

Закон Ома определяет связь трех фундаментальных величин: силы тока, напряжения и сопротивления. Он утверждает, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Ток течет из точки с избытком электронов в точку с дефицитом электронов. Путь, по которому следует ток, называется электрической цепью. Все электрические цепи состоят из источника тока
, нагрузки
и проводников
. Источник тока обеспечивает разность потенциалов
, которая позволяет течь току. Источником тока может быть батарея, генератор или другое устройство. Нагрузка оказывает сопротивление протеканию тока
. Это сопротивление может быть высоким или низким, в зависимости от назначения цепи. Ток в цепи течет через проводники от источника к нагрузке
. Проводник должен легко отдавать электроны. В большинстве проводников используется медь.

Путь электрического тока к нагрузке может проходить через три типа цепей: последовательную цепь, параллельную или последовательно-параллельную цепи.Ток электронов в электрической цепи течет от отрицательного вывода источника тока, через нагрузку к положительному выводу источника тока.

Пока этот путь не нарушен, цепь замкнута и ток течет.

Однако если прервать путь, цепь станет разомкнутой и ток не сможет по ней идти.

Силу тока в электрической цепи можно изменять, изменяя либо приложенное напряжение, либо сопротивление цепи. Ток изменяется в таких же пропорциях, что и напряжение или сопротивление. Если напряжение увеличивается, то ток также увеличивается. Если напряжение уменьшается, то ток тоже уменьшается. С другой стороны, если сопротивление увеличивается, то ток уменьшается. Если сопротивление уменьшается, то ток увеличивается. Это соотношение между напряжением, силои тока и сопротивлением называется законом Ома.

Закон Ома утверждает, что ток в цепи (последовательной, параллельной или последовательно-параллельной) прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению

При определении неизвестных величин в цепи, следуйте следующим правилам:

Нарисуйте схему цепи и обозначьте все известные величины.
Проведите расчеты для эквивалентных цепей и перерисуйте цепь.
Рассчитайте неизвестные величины.

Помните: закон Ома справедлив для любого участка цепи и может применяться в любой момент. По последовательной цепи течет один и тот же ток, а к любой ветви параллельной цепи приложено одинаковое напряжение.

История закона Ома

Георг Ом, проводя эксперименты с проводником, установил, что сила тока в проводнике пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. Коэффициент пропорциональности назвали электропроводностью, а величину принято именовать электрическим сопротивлением проводника. Закон Ома был открыт в 1826 году.

Ниже приведены анимации схем иллюстрирующих закон Ома. Обратите внимание, что (на первой картинке) Амперметр (А) является идеальным и имеет нулевое сопротивление.

Данная анимация показывает как меняется ток в цепи при изменении приложенного напряжения.

Следующая анимация показывает как меняется сила тока в цепи при изменении сопротивления.

Расчеты напряжения и тока | Постоянные времени RC и L/R

Существует надежный способ расчета любых значений в реактивной цепи постоянного тока с течением времени.

Расчет значений в реактивной цепи постоянного тока

Первым шагом является определение начального и конечного значений любой величины, изменение которой препятствует конденсатору или катушке индуктивности; то есть любое количество, которое реактивный компонент пытается поддерживать постоянным. Для конденсаторов эта величина равна напряжения ; для катушек индуктивности эта величина равна тока .Когда переключатель в цепи замкнут (или разомкнут), реактивный компонент будет пытаться поддерживать это количество на том же уровне, который был до перехода переключателя, поэтому это значение должно использоваться в качестве «начального» значения.

Окончательное значение этого количества равно тому, каким оно будет через бесконечное количество времени. Это можно определить, проанализировав емкостную цепь, как если бы конденсатор был разомкнут, и индуктивную цепь, как если бы катушка индуктивности была короткозамкнутой, потому что именно так ведут себя эти компоненты, когда они достигают «полного заряда». спустя бесконечное количество времени.

Следующим шагом является расчет постоянной времени цепи: количество времени, которое требуется, чтобы значения напряжения или тока изменились примерно на 63 процента от их начальных значений до их конечных значений в переходной ситуации.

В последовательной RC-цепи постоянная времени равна общему сопротивлению в омах, умноженному на общую емкость в фарадах. Для последовательной цепи L/R это общая индуктивность в генри, деленная на общее сопротивление в омах.В любом случае постоянная времени выражается в единицах секунд и обозначается греческой буквой «тау» (τ):

Рост и падение значений цепи, таких как напряжение и ток, в ответ на переходный процесс, как упоминалось ранее, являются асимптотическими . При этом значения начинают быстро изменяться вскоре после переходного процесса и со временем стабилизируются. Если нанести на график, то приближение к конечным значениям напряжения и тока образуют экспоненциальные кривые.

Как было сказано ранее, одна постоянная времени — это количество времени, которое требуется любому из этих значений, чтобы измениться примерно на 63 процента от их начальных значений до их (конечных) конечных значений. Для каждой постоянной времени эти значения перемещаются (приблизительно) на 63 процента ближе к своей конечной цели. Математическая формула для определения точного процента довольно проста:

Буква e означает постоянную Эйлера, которая приблизительно равна 2.7182818. Он получен из методов исчисления после математического анализа асимптотического подхода значений схемы. После одной постоянной времени процент изменения от начального значения до конечного значения составляет:

После двух постоянных времени процент изменения от начального значения до конечного значения составляет:

После десяти значений постоянной времени процент составляет:

Чем больше времени проходит после кратковременной подачи напряжения от батареи, тем больше значение знаменателя в дроби, что дает меньшее значение для всей дроби, что дает общий итог (1 минус дробь) приближается к 1 или 100 процентам.

Формула универсальной постоянной времени

Из этой формулы можно составить более универсальную формулу для определения значений напряжения и тока в переходных цепях, умножив эту величину на разницу между конечным и пусковым значениями цепи:

Проанализируем нарастание напряжения в цепи последовательного резистора и конденсатора, показанной в начале главы.

Обратите внимание, что мы решили анализировать напряжение, потому что это величина, которую конденсаторы имеют тенденцию удерживать постоянной.Хотя формула достаточно хорошо работает для тока, начальное и конечное значения тока фактически получаются из напряжения конденсатора, поэтому расчет напряжения является более прямым методом. Сопротивление 10 кОм, емкость 100 мкФ (микрофарад). Поскольку постоянная времени (τ) для RC-цепи представляет собой произведение сопротивления и емкости, мы получаем значение 1 секунды:

Если конденсатор запускается в полностью разряженном состоянии (0 вольт), то мы можем использовать это значение напряжения в качестве «начального» значения. Окончательным значением, конечно же, будет напряжение аккумулятора (15 вольт). Наша универсальная формула напряжения конденсатора в этой схеме выглядит так:

Итак, после 7,25 секунд подачи напряжения через замкнутый ключ напряжение на нашем конденсаторе увеличится на:

Поскольку мы начали с напряжения конденсатора 0 вольт, это увеличение на 14,989 вольт означает, что у нас есть 14,989 вольт после 7.25 секунд.

Та же формула будет работать и для определения тока в этой цепи. Так как мы знаем, что разряженный конденсатор изначально ведет себя как КЗ, то пусковой ток будет максимально возможным: 15 вольт (от аккумулятора) разделить на 10 кОм (единственное противодействие току в цепи в начале):

Мы также знаем, что окончательный ток будет равен нулю, поскольку конденсатор в конечном итоге будет вести себя как разомкнутая цепь, а это означает, что в конце концов в цепи не будет течь электронов. Теперь, когда мы знаем как начальное, так и конечное значения тока, мы можем использовать нашу универсальную формулу для определения тока после 7,25 секунд замыкания ключа в той же RC-цепи:

Обратите внимание, что полученная цифра сдачи отрицательна, а не положительна! Это говорит нам о том, что ток уменьшился на , а не увеличился с течением времени. Поскольку мы начали с тока 1,5 мА, это уменьшение (-1,4989 мА) означает, что у нас 0.001065 мА (1,065 мкА) через 7,25 секунды.

Мы могли бы также определить ток цепи в момент времени = 7,25 секунды, вычитая напряжение конденсатора (14,989 вольт) из напряжения батареи (15 вольт), чтобы получить падение напряжения на резисторе 10 кОм, а затем рассчитав ток через резистор (и всей последовательной цепи) по закону Ома (I=E/R). В любом случае мы должны получить один и тот же ответ:

Использование формулы универсальной постоянной времени для анализа индуктивных цепей

Универсальная формула постоянной времени также хорошо подходит для анализа индуктивных цепей. Давайте применим его к нашему примеру цепи L/R в начале главы:

При индуктивности 1 генри и последовательном сопротивлении 1 Ом наша постоянная времени равна 1 секунде:

Поскольку это индуктивная цепь, и мы знаем, что катушки индуктивности препятствуют изменению тока, мы установим нашу формулу постоянной времени для начального и конечного значений тока. Если мы начнем с переключателя в разомкнутом положении, ток будет равен нулю, поэтому ноль является нашим начальным значением тока.

После того, как переключатель остается замкнутым в течение длительного времени, ток установится до своего конечного значения, равного напряжению источника, деленному на общее сопротивление цепи (I=E/R), или 15 ампер в случае этого схема.

Если бы мы хотели определить значение тока за 3,5 секунды, мы бы применили формулу универсальной постоянной времени как таковую:

Учитывая тот факт, что наш пусковой ток был равен нулю, это оставляет нас при токе цепи 14. 547 ампер за 3,5 секунды.

Определение напряжения в индуктивной цепи лучше всего выполнять, сначала рассчитав ток в цепи, а затем рассчитав падение напряжения на сопротивлениях, чтобы найти оставшееся падение на катушке индуктивности. Имея только один резистор в нашей примерной схеме (со значением 1 Ом), это довольно просто:

Если вычесть из напряжения нашей батареи 15 вольт, то останется 0,453 вольта на катушке индуктивности за время = 3,5 секунды.

ОБЗОР:

Формула универсальной постоянной времени:
Для анализа цепи RC или L/R выполните следующие действия:
(1): Определите постоянную времени цепи (RC или L/R).
(2): Укажите вычисляемую величину (любая величина, изменение которой прямо противоположно реактивной составляющей. Для конденсаторов это напряжение, для катушек индуктивности — ток).
(3): Определите начальное и конечное значения для этого количества.
(4): Подставьте все эти значения (конечное, начальное, время, постоянная времени) в формулу универсальной постоянной времени и найдите при изменении количества на .
(5): Если начальное значение было равно нулю, то фактическое значение в указанное время равно расчетному изменению, полученному по универсальной формуле.Если нет, добавьте изменение к начальному значению, чтобы узнать, где вы находитесь.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Посмотрите нашу коллекцию Калькуляторов мощности в нашем разделе Инструменты .

Изучение закона Ома | BCHydro Power Smart для школ

Обзор

Посмотрите видео, объясняющее закон Ома, затем соберите схему и проведите демонстрацию, чтобы учащиеся могли наблюдать взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.

Инструкции

Объяснение закона Ома

Посмотрите видео «Объяснение закона Ома» , чтобы познакомить учащихся с законом Ома.

Введение в тему

Настройте цепь, как показано здесь:

Просмотрите вместе с учащимися рабочий лист «Изучение закона Ома» .

Проведите демонстрацию

С помощью амперметра и вольтметра покажите учащимся, как считывать показания тока и напряжения в цепи.Пока вы проводите измерения, записывайте данные на доске, и пусть ваши ученики записывают данные на своих рабочих листах. Напомните им преобразовать мА в А; 1 ампер = 1000 миллиампер.
Последовательно добавьте сухую ячейку и повторите измерения.
Если у вас есть несколько сухих элементов, добавляйте их последовательно по одному и каждый раз повторяйте измерения.

Постройте график сопротивления

Используя данные из таблицы, попросите учащихся построить график зависимости напряжения от силы тока (В от силы тока).Я). Убедитесь, что они пометили все части своего графика. Объясните, что такое линия наилучшего соответствия, и попросите учащихся нарисовать ее на своем графике.

Пусть учащиеся рассчитают наклон линии по линии наилучшего соответствия:

Выберите две точки на линии (точку A и точку B).
Рассчитайте разницу между напряжениями в двух точках (ВЫРОСТ наклона).
Рассчитайте разницу между током в двух точках (НАЧАЛО наклона).
Разделите ПОДЪЕМ на БЕГ. Это наклон линии.

Сопротивление цепи математически выражается в виде алгебраического уравнения:

Сопротивление = Напряжение / Ток.

Интерпретация данных

Сравните наклон графиков, построенных вашими учениками, с указанным сопротивлением используемого вами резистора. Числа должны быть одинаковыми (разные числа являются результатом индивидуальных различий в выборе наиболее подходящей линии).

Связь между напряжением и током определяется законом Ома, а наклон линии на графике этих двух величин представляет собой значение сопротивления в цепи. Уравнение закона Ома можно представить тремя способами:

R = V / I (сопротивление = напряжение, деленное на ток)
V = I x R (напряжение = ток x сопротивление)
I = V / R (ток = напряжение, деленное на сопротивление)

Расчет сопротивления – Закон Ома – Ток, напряжение и сопротивление – GCSE Physics (Single Science) Revision – Other

Сопротивление электрического компонента можно определить путем измерения электрического тока, протекающего через него, и разности потенциалов на нем.

Это уравнение, называемое Законом Ома , показывает взаимосвязь между разностью потенциалов, током и сопротивлением:

напряжение = ток × сопротивление

В = I × R

0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$4″> где: вольты, В

I — сила тока в амперах (амперах), А

R — сопротивление в омах, Ом

Чтобы найти сопротивление, можно преобразовать уравнение:

Вопрос: 3 Через лампу на 240 В протекает ток.Каково сопротивление лампы?
Укажите ответ: $10.3.$0″> Сопротивление = 240 ÷ 3 = 80 Ом

разница. Затем сопротивление можно рассчитать по закону Ома.

Закон Ома | LEARN.PARALLAX.COM

Два свойства влияют на напряжение в V _A3 : ток и сопротивление, и закон Ома объясняет, как это работает.Закон Ома гласит, что напряжение (V) на резисторе равно протекающему через него току (I), умноженному на его сопротивление (R). Таким образом, если вы знаете два из этих значений, вы можете использовать уравнение закона Ома для расчета третьего:

В некоторых учебниках вместо этого вы увидите E = I × R. E означает электрический потенциал, который является другим способом сказать «вольты». усилители, которые обозначаются аббревиатурой А.Сопротивление (R) измеряется в омах, что обозначается греческой буквой омега (Ω). Уровни тока, которые вы, вероятно, увидите в этой схеме, выражены в миллиамперах (мА). М в нижнем регистре указывает на то, что это измерение в тысячных долях ампер. Точно так же строчная буква k в кОм указывает на то, что измерение измеряется в тысячах ом.

Давайте воспользуемся законом Ома, чтобы вычислить V _A3 in с фототранзистором, позволяя двум разным величинам тока протекать по цепи:

1.75 мА, что может произойти при достаточно ярком свете
0,25 мА, что может произойти при менее ярком свете

В приведенных ниже примерах показаны условия и их решения. Когда вы попробуете эти вычисления, помните, что милли (м) — это тысяча тысяч , а кило (к) — это тысяча с , когда вы подставляете числа в закон Ома.

Пример 1: i = 1,75 мА и r = 2 kω

Пример 2: 1 = 0,25 мА и r = 2 кОм

Ваш контур и резистор законодательства Ом — Ом

что окружающий свет в вашей комнате в два раза ярче света, полученного в результате V _A3 = 3. 5 В для яркого света и 0,5 В для тени. Другая ситуация, которая может вызвать более высокий ток, — это если окружающий свет является более сильным источником инфракрасного излучения. В любом случае фототранзистор может пропускать через цепь вдвое больший ток, что может привести к трудностям измерения.

Вопрос: Что можно сделать, чтобы снова снизить отклик схемы по напряжению до 3,5 В для яркого света и 0,5 В для тусклого?

Ответ: Сократите номинал резистора вдвое; сделайте его 1 кОм вместо 2 кОм.

Попробуйте повторить расчеты по закону Ома при R = 1 кОм, ярком токе I = 3,5 мА и слабом токе I = 0,5 мА. Возвращает ли это V _A3 обратно к 3,5 В для яркого света и 0,5 В для тусклого света с удвоенным током? (Должен; если это не для вас, проверьте свои расчеты.)

Закон Ома с калькулятором

Закон Ома

Есть 2 основные формулы, которые помогут вам понять взаимосвязь между током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Если у вас есть любые два параметра, вы можете рассчитать два других параметра.

ЗАКОН ОМА
БАЗОВЫЕ ФОРМУЛЫ	П=И*Э	Э=И*Р
НАЙТИ НАПРЯЖЕНИЕ	Э=П/И	Э=И*Р	Э=СКОР(П*Р)
НАЙТИ ТЕКУЩИЙ	Я=П/Э	Я=Э/Р	I=SQR(P/R)
НАЙТИ СИЛА	П=И*Э	П=Э ² /Р	П=Я ² *Р
НАЙТИ СОПРОТИВЛЕНИЕ	Р=Э ² /П	Р=Э/И	Р=П/И ²

P = мощность в ваттах
E = электродвижущая сила в вольтах
I = электрический ток в амперах
R = электрическое сопротивление в омах
SQR = квадратный корень

Примечание:
Я использую «E» для обозначения напряжения большую часть времени, но иногда вы увидите, что «V» используется для обозначения напряжения. Не позволяйте этому сбить вас с толку.

Краткий курс повышения квалификации
Изменение сопротивления:
На следующей диаграмме вы можете видеть, что единственная разница между диаграммами слева и диаграммами справа заключается в сопротивлении в каждой «системе». Сопротивление в кране соответствует степени открытия клапана. В проводе сопротивление равно размеру отверстия* в отрезке провода. Вы можете видеть, что напряжение/давление одинаково для левого и правого примеров.Что вы должны отметить на этой диаграмме, это… При прочих равных, если есть увеличение сопротивления, ток уменьшится. Вы можете видеть, что ток, протекающий по крайнему правому проводу, составляет половину тока, протекающего по крайнему левому проводу. Это потому, что крайний правый провод имеет половину площади, через которую проходят электроны.
*Обратите внимание, что размер «отверстия» аналогичен сопротивлению. В реальном куске провода нет физических ограничений.
С формулой:
I = E/R
Вы можете видеть, что текущий ток обратно пропорционален сопротивлению в цепи.
Большее сопротивление = меньше ток
А для тех, кто более склонен к графике…
Изменение напряжения:
На следующей диаграмме видно, что сопротивление во всех системах одинаковое. На этот раз мы изменили напряжение/давление. Вы можете видеть, что повышенное напряжение вызывает увеличение тока, даже если сопротивление в левой и правой системах одинаково.
С формулой:
I = E/R
Вы можете видеть, что ток прямо пропорционален приложенному к сопротивлению напряжению.
Больше напряжения = больше тока
Ну, теперь, когда это до смерти объяснили, к математике!
Математический пример:
В следующем примере мы знаем, что к резистору 10 Ом приложено 12 вольт. Если вы хотите узнать, какая мощность рассеивается на резисторе 10 Ом, используйте формулу:

P = E ² /R
P = 12 ² /10
P = 144/10.
Р = 14,4 Вт

Рассеиваемая мощность на резисторе 14.4 Вт.
Если бы вы хотели узнать, какой ток протекает через резистор, вы бы использовали формулу:

I = E/R
I = 12/10
I = 1,2 А

Ток через резистор составляет 1,2 ампера.
Если вам нужно больше примеров, на странице резисторов веселее, чем в бочке с обезьянами.
Если вы хотите попробовать некоторые из них самостоятельно, приведенные ниже калькуляторы позволят вам проверить свои математические способности.
Найти: рассеивание мощности и протекание тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.
Важное примечание о Flash-демо/графике на этом сайте… Власть считает, что Flash-контент на веб-страницах слишком опасен для использования обычным пользователем Интернета, и вскоре ВСЯ его поддержка будет прекращена. устранено (большая часть доступа к Flash была устранена 1 января 2021 г. ). Это означает, что ни один современный браузер не будет отображать ни одну из этих демонстраций по умолчанию. На данный момент исправление заключается в загрузке расширения Ruffle для вашего браузера.
Веб-сайт Ruffle. Пожалуйста, напишите мне (babin_perry@yahoo.com), чтобы сообщить мне, хорошо ли работает Ruffle и какой браузер вы используете.
Альтернативой Ruffle является другой браузер Maxthon 4.9.5.1000. Для получения дополнительной информации о проблеме с Flash и Maxthon (стандартном и портативном) нажмите ЗДЕСЬ.
Георг Симон Ом:
Георг Симон Ом был немецким физиком, жившим с 1789 по 1854 год. Он обнаружил взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в проводнике с постоянной температурой (постоянная температура важна, потому что сопротивление изменяется с температурой, а закон Ома не имеет значения). не имеет дело с изменением температуры/сопротивления).Он обнаружил, что при постоянном сопротивлении напряжение и ток прямо пропорциональны (как мы показали на графике выше). Это соотношение может быть выражено как V=IR, где V — напряжение, приложенное к сопротивлению, I — ток, протекающий через сопротивление, а R — сопротивление в омах.
Джеймс Ватт:
Джеймс Ватт был шотландским изобретателем, жившим с 1736 по 1819 год. В его честь была названа единица измерения мощности, ватт.
Джеймс Прескотт Джоуль:
Джеймс Прескотт Джоуль был английским физиком, жившим с 1818 по 1889 год.Он обнаружил зависимость между мощностью, рассеиваемой на резисторе, и током, протекающим через резистор. Это соотношение может быть представлено формулой P=I ² R, где P — рассеиваемая мощность в ваттах, I — текущий ток в амперах, R — сопротивление в омах. Ому обычно приписывают формулы, выражающие взаимосвязь между мощностью, током, сопротивлением и напряжением, но заслуга, вероятно, должна принадлежать Джоулю.
«Джоуль» как единица измерения:
«Джоуль» представляет собой количество энергии, используемой, когда 1 ватт рассеивается в течение 1 секунды (или 1 ватт-секунда).
Закон
Вт: что это такое? Формула, примеры и закон Ома
Что такое закон Уоттса?
Закон Ватта определяет взаимосвязь между мощностью, силой тока и падением напряжения в электрической цепи. Закон Уоттса также гласит, что мощность электрической цепи является произведением ее напряжения и силы тока.
Формула закона Уоттса
Формула закона Уоттса может быть представлена следующим образом. Он дает взаимосвязь между мощностью (ватт), током (ампер) и напряжением (вольт)

Примеры закона ватта
Ниже мы рассмотрим несколько примеров, чтобы лучше объяснить закон Ватта.
Закон ватт, пример 1
Предположим, вы пытаетесь выяснить, сколько 500-ваттных осветительных приборов можно включить в электрическую цепь, не перегорая предохранитель.
Во-первых, вы хотели бы знать, какой ток можно получить из цепи. В большинстве домов есть цепи на 15 А, и в большинстве цепей есть автоматический выключатель на 20 А. Итак, какова будет общая мощность?
Мы знаем, что Вт = Вольт x Ампер. Итак, здесь значения напряжения и тока указаны как 110В и 20А. Теперь расчетная мощность будет 2200 Вт.Таким образом, все, что мы подключаем к нашей схеме, должно быть менее 2200 Вт, поскольку это вся мощность, доступная в этой цепи. Вы можете безопасно подключить к цепи четыре лампы по 500 Вт (или две лампы по 1000 Вт) с запасом мощности 200 Вт в качестве запаса прочности.
Закон ватт, пример 2
Если напряжение на лампочке 120 вольт, а мощность 60 ватт, каков на самом деле ток?
Итак, здесь напряжение и мощность лампы указаны как 120В и 60Вт соответственно. Мы уже знаем, что ток = мощность / напряжение.Итак, при замене значений значение тока будет 0,5 Ампера.
Закон ватт, пример 3
Рассмотрим 100-ваттную лампочку в вашем доме. Мы знаем, что напряжение, подаваемое на лампочку, обычно составляет 110 В или 220 В, поэтому потребляемый ток можно измерить следующим образом.
I = P/V = 100 Вт / 110 В = 0,91 А или I = P/V = 100 Вт / 220 В = 0,45 А.
Но вы видите, что проще использовать лампочку на 60 Вт. Ваш поставщик электроэнергии обычно выставляет вам счет за использование в киловатт-часах (кВтч).Один кВтч — это количество энергии, необходимое для производства 1000 Вт энергии в течение одного часа.
Закон Уоттса против. Закон Ома
Закон Ватта устанавливает взаимосвязь между мощностью, напряжением и током.
Мощность: Мощность — это скорость использования энергии. Единица измерения электрической мощности называется ватт в честь Джеймса Ватта. Всякий раз, когда один вольт используется для перемещения ампера по цепи, совершаемая работа равна одному ватту мощности.

Когда электроны проходят через сопротивление в электрической цепи, они сталкиваются друг с другом и с атомами, составляющими сопротивление.Эти столкновения производят тепло и приводят к потере энергии. Следовательно, изменение закона Ватта задается как

Ток: Движение электронов или других частиц через проводник известно как ток. Единицей, используемой для расчета текущего параметра, является Ампер. Символ, используемый для обозначения усилителя, — буква «А». Верхние и нижние регистры используются в зависимости от ситуации. Символ, используемый для обозначения текущего параметра, представляет собой букву «I.”
Напряжение: Электрическое давление, которое заставляет электроны или другие частицы двигаться по цепи, известно как Напряжение. Единицей, используемой для расчета параметра напряжения, является вольт. Символ, используемый для обозначения вольта, — это буква «V». В зависимости от ситуации используются как верхний, так и нижний регистр.
Сопротивление : Это мера сопротивления протеканию тока в электрической цепи. Сопротивление измеряется в омах, что обозначается греческой буквой омега.Сопротивление также хорошо, потому что оно дает нам возможность защитить себя от вредной энергии электричества.
Закон Ома утверждает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
Закон Ома можно представить следующим образом:

Круговая диаграмма закона Ома
Треугольник закона Ватта
Поскольку оба закона используют одни и те же электрические величины, их можно объединить, чтобы получить некоторые полезные уравнения. Основное уравнение Закона Ома транспонировано для мощности.Это дает нам несколько комбинаций одного и того же уравнения для нахождения различных индивидуальных величин.
Треугольник мощности
Существует три возможных формулы для расчета электрической мощности в цепи. Если расчетная мощность положительна, это означает, что оборудование потребляет или использует энергию. Но если расчетная мощность имеет отрицательное значение, компонент производит или генерирует мощность.
Значения, рассчитанные из треугольника мощности
Применение закона Ватта
Некоторые из приложений закона Ватта включают:
Если у вас есть источник энергии, вы должны использовать эту формулу для измерения фактической мощности, которую может производить источник. Вы можете использовать его для измерения потребляемой мощности только для одного компонента. Когда ток и напряжение источника заданы, значения можно перемножить.
Энергопотребление здания можно измерить с помощью формулы Ватта. При проектировании проводки здания важно оценить общую потребляемую мощность. Затем вы можете использовать эти знания, чтобы выбрать подходящие размеры проводов для дома. Вы также можете измерить стоимость электроэнергии. Требуемая мощность здания достигается путем измерения и сложения индивидуальной номинальной мощности каждого электрического устройства или части здания.
Если вам известны мощность и напряжение электрического компонента, вы можете измерить ток, используя формулу Ватта (I = P / V). То же самое верно и для напряжения, когда понимаются только ток и мощность (V = P/I).
Формулы, полученные из комбинации закона Ватта и закона Ома, можно применять для определения электрического сопротивления компонента.
Учебник по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома
За последние несколько дней я решил отойти от работы с Arduino и вместо этого найти время, чтобы больше узнать об основах электроники. о чем, как я думал, должен знать каждый; это то, как напряжение, ток и сопротивление работают в цепи.
Если вы новичок в электронике, как и я, это может быть довольно сложным для понимания, но, надеюсь, это введение прояснит любую путаницу и предоставит вам необходимые знания.
Зачем нам знать о напряжении, силе тока и сопротивлении?
Ответ на этот вопрос — потому что это факторы, которые позволяют электричеству проходить по цепи.
Электричество доставляется по цепи за счет движения свободных электронов, и, как и у большинства движущихся вещей, должна существовать сила, которая заставляет его двигаться.С точки зрения электроники эта сила известна как напряжение .
Результатом приложения этой силы к электронам является то, что они начинают двигаться. Количество, которое проходит через определенную точку в секунду, является эффектом приложенной силы, которую мы называем током .
Все в цепи, ограничивающее количество электронов, которое может пройти (например, резисторы), называется сопротивлением . (надеюсь, это говорит само за себя!)
В этих трех компонентах есть нечто большее, чем просто это, но резюмируем:
Напряжение — это сила, которая перемещает электроны
Ток — это количество электронов, которые проходят через определенную точку в секунду
Сопротивление ограничивает поток электронов
Если напряжение — это сила, которая движет электроны, почему мы не можем использовать ее для определения скорости?
Это то, над чем я размышлял довольно долго.Я все время хотел знать, почему, если более высокое напряжение означает, что электроны будут двигаться быстрее, нам также нужно знать ток, поскольку, несомненно, одно будет прямо пропорционально другому, верно? Неправильный!
Обсуждая эту тему с моим другом, он использовал аналогию, которую я нашел очень полезной для понимания ответа на этот вопрос; это сравнение с перемещением коробки.
Если у нас есть коробка, которую мы хотим переместить в комнату, отличную от той, в которой она находится, есть два фактора, которые определяют, как быстро она туда доберется:
Как сильно мы толкаем коробку — Напряжение
Трение о ковер, сила тяжести (т. е. если толкать лестницу), вес самой коробки — сопротивление
Если у нас есть коробка на деревянном полированном полу, мы сможем двигать ее быстрее, чем если бы у нас была коробка на ковре (которое имеет большее трение или сопротивление ), несмотря на то, что толкаем ее с той же силой ( напряжение ).
Поскольку сопротивление всегда будет определять, насколько быстро мы сможем передвигать ящики, мы не сможем определить, насколько быстро мы будем их передвигать, просто исходя из силы, которую мы прикладываем к нему.Что приводит нас к закону Ома!
Кто такой Ом и что это за его закон!?
Ом — это Георг Ом, немецкий физик, опубликовавший в 1827 году уравнение, позволяющее вычислять напряжение, ток и сопротивление между двумя точками цепи, используя любые два заданных элемента. Это уравнение позже стало известно как «закон Ома».
Прежде чем объяснять уравнение, следует обратить внимание на единицы, в которых мы измеряем напряжение, силу тока и сопротивление:
Измеряем напряжение (обозначение которого либо E , либо V ) в вольтах
Измеряем ток (обозначение которого I ) в амперах (часто называемых амперами), который обозначается аббревиатурой А
Измеряем сопротивление (обозначение для которого R ) в омах, которое сокращается с помощью условного обозначения ом — Ом
Уравнение использует все три измерения и выглядит следующим образом:
Напряжение (E) = Ток (I) * Сопротивление (R)
Как упоминалось ранее (и я не могу сделать на этом достаточного акцента), это уравнение позволяет вычислить напряжение, ток или сопротивление между двумя точками в цепи. Не зная точки, в которой вы начинаете измерять, и точки, в которой вы останавливаетесь, это невозможно применить.
Чтобы объяснить и проиллюстрировать, как работает закон Ома и как на ток и напряжение влияют различные типы цепей, я собираюсь использовать бесплатный онлайн-инструмент под названием Circuit Lab (https://www.circuitlab.com/). Я не могу выразить, насколько полезен этот инструмент, когда дело доходит до экспериментов с этими вычислениями и набросков схемных идей. Это позволяет вам создать цепь в онлайн-редакторе и посмотреть, каковы напряжение и ток в любой заданной точке цепи (по сути, имитируя функциональность мультиметра).Он способен на гораздо большее, чем просто это, однако для целей этой темы это главная функция, которая нас интересует!
Пример 1 — один резистор
Ниже у нас есть простая схема (щелкните здесь, чтобы просмотреть в CircuitLab), которая состоит из источника питания 5 В и резистора 100 Ом. Чтобы узнать ток между источником питания и резистором, мы используем закон Ома, то есть I = V / R , или с точки зрения этой схемы 0,05 = 5/100 , что означает, что ток в сумме составляет 50 миллиампер (сокращенно мА).
Если вы хотите просмотреть это в интерактивном режиме, щелкните ссылку выше, чтобы просмотреть схему в CircuitLab, и нажмите Run > DC Simulation, на панели вверху слева вы увидите ток и напряжение. Чтобы просмотреть напряжение и ток в других точках схемы, просто щелкните точки, чтобы просмотреть их в окне выражения.
Пример 2 — два резистора
В этом примере мы расширим пример 1 и добавим второй резистор, чтобы мы могли видеть, как падает напряжение, если мы измеряем его после первого резистора.Чтобы получить доступ к этому примеру в CircuitLab, щелкните эту ссылку.
В примере 1 у нас было сопротивление 100 Ом, что привело к току 50 мА. В этом примере у нас есть общее сопротивление 200 Ом, и, таким образом, наш ток уменьшается вдвое до 25 мА. Как и в предыдущем примере, напряжение непосредственно перед резистором R2 составляет 5 В, однако, если мы посмотрим на напряжение после него (то есть между R2 и R1), мы увидим, что напряжение упало до 2,5 В.
Важно помнить, что в последовательной цепи, подобной приведенной выше, ток будет одинаковым по всей цепи, и единственное изменение, которое мы видим, — это напряжение.В параллельных цепях происходит обратное, и ток разделяется в противоположность напряжению.
Пример 3. Два резистора в параллельной цепи
Как упоминалось в предыдущем абзаце, в параллельных цепях ток распределяется между многочисленными ветвями, при этом наибольший ток идет к ветвям с наименьшим сопротивлением. В приведенном ниже примере (который можно посмотреть на CircuitLab здесь) у нас есть два резистора, включенных параллельно, один на 200 Ом и один на 100 Ом.
В средней ветви, которая содержит резистор R1, мы будем иметь ток 50 мА (5 В / 100 Ом = 50 мА), а в верхней ветви, которая содержит резистор R2, мы будем иметь ток 25 мА (5 В / 200 Ом). = 25 мА).
Подводя итог…
Вот что вы должны вынести из этого чтения:
Напряжение — это сила, которая толкает свободные электроны по цепи
Ток – это количество свободных электронов, которые проходят через цепь в секунду
Сопротивление ограничивает движение электронов
В последовательных цепях ток остается неизменным, но напряжение может колебаться
В параллельных цепях напряжение остается одинаковым, но ток распределяется между различными «ветвями»
Я также рекомендую добавить этот калькулятор в закладки.