Закон Ома - выясним, как работают в связке ток, напряжение, сопротивление
Вербальная формулировка закона Ома
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи I = U R
Где:
- I - сила тока,
- U - напряжение,
- R - сопротивление.
Большая российская энциклопедия о законе Ома
Закон Ома описывает линейную зависимость между силой тока I на участке цепи и электрическим напряжением U на этом участке U=RI.
Коэффициент пропорциональности R - электрическое омическое сопротивление - зависит от материала, температуры и геометрических размеров проводника.
Закон Ома установлен Георгом Омом в 1826 году, а опубликован в 1827 году и назван в его честь.
Определение закона Ома простыми словами
Электрическая цепь состоит из двухполюсного источника напряжения, то есть батареи, аккумулятора или генератора. Если полюса источника соединить проводами, то по ним потечет электрический ток.
Его величина определяется сопротивлением проводников.
Наглядное представление этой зависимости обыкновенный водопровод.
Аналогом источника напряжения является насос или водонапорная башня, создающая давление в магистрали, количество воды, прошедшее по трубе, подобие силы тока, а кран соответствует сопротивлению.
Полностью открытый, он не ограничивает поток, по мере закручивания отверстие для воды уменьшается, пока не закроется совсем.
Сколько всего законов Ома в физике?
Существует два закона Ома:
- Закон Ома для участка цепи.
- Закон Ома для полной (замкнутой) цепи.
Первый связывает сопротивление участка, силу тока в нём и разность потенциалов (напряжение) на его концах.
Кроме того, в нем отражено наличие в цепи источника тока.
Второй учитывает и потребителей электрического тока (электрические лампы, обогреватели, телевизоры и так далее), и его источники (генераторы, батарейки, аккумуляторы).
Дело в том, что любой источник тока обладает внутренним сопротивление, которое влияет на силу тока.
Именно это и учитывается в законе Ома для полной (замкнутой) цепи.
При каких условиях выполняется закон Ома?
Согласно закону Ома, существует линейная зависимость между силой тока в участке цепи и напряжением на его концах. Он отлично выполняется для металлических проводников при любых напряжениях, а вот для тока в вакууме, газе, растворах или расплавах электролитов, полупроводниках линейная зависимость нарушается, и применять закон Ома в том виде, в котором его изучают в школьном курсе, уже нельзя.
Для чего нужен закон Ома?
Трудно переоценить значимость этого закона. Он позволил производить расчет электрических цепей, без которых практически невозможно представить жизнь современного человека, так как они лежат в основе любого электроприбора, начиная от обычной лампы накаливания и заканчивая самыми современными компьютерами.
Закон Ома для участка цепи
Опытным путем исследователь установил взаимосвязь характеристик электрической цепи. Классическая формулировка закона Ома звучит так:
«Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению».
Формула закона Ома для участка цепи I = U R
Где:
- I – сила тока, измеряемая в Амперах (А),
- U – напряжение, измеренное в Вольтах (В),
- R – сопротивление, измеряемое в Омах (Ом).
В таком виде закон Ома приведен в школьных учебниках физики.
Согласно этой простой формуле, для определения уровня тока в проводнике достаточно величину напряжения на его сторонах разделить на некий условно постоянный коэффициент, то есть на сопротивление.
Почему «условно»? Потому что величина сопротивления может меняться в зависимости от температуры.
Поэтому, кстати, лампы накаливания чаще всего перегорают при включении.
Сопротивление холодной спирали ниже, чем нагретой, скачок тока при подаче напряжения вызывает ее резкое расширение и разрыв.
Но если этот момент преодолен и нить накала уцелела, то ее сопротивление растет, и ток ограничивается. А при температуре жидкого гелия, например, сопротивление падает до нуля, наступает сверхпроводимость.
Закон Ома для замкнутой полной цепи
Предыдущая формулировка годится только для участка цепи, где отсутствует сам источник электродвижущей силы.
В реальности ток течет по замкнутому контуру, где обязательно есть батарея или генератор, имеющий собственное внутреннее сопротивление.
Поэтому формула закона Ома для полной цепи выглядит несколько сложнее.
Формула закона Ома для замкнутой полной цепи I = ε/(r+R)
Где:
- I – сила тока, измеряемая в Амперах (А),
- Е – электродвижущая сила, измеренная в Вольтах (В),
- R – сопротивление, измеряемое в Омах (Ом),
- r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.
Применение закона Ома
Георг Ом дал в руки инженеров средство для решения задач, связанных с электрическими цепями.
Тепловые и световые приборы, электродвигатели, генераторы, линии электропередач, кабели связи рассчитываются на основе этой простой формулы.
Нет такой области электротехники, где она не находит применения.
Даже в радиотехнике используется закон Ома, но в дифференциальной форме.
«Все гениальное - просто», как считали Еврипид, Леонардо да Винчи, Наполеон Бонапарт и Альберт Эйнштейн, несомненные гении. Закон Ома целиком и полностью подтверждает эту истину.
Задача на закон Ома с решением
Задача для участка электрической цепи
Электрочайник, включенный в сеть с напряжением 220 В, потребляет ток 1,1 А. Каково сопротивление электрочайника.
Дано:
U = 220 В
I = 1,1 А
Решение:
Согласно закону Ома для участка цепи: R=U/I=220/1,1=200 Ом
Ответ: R = 200 Ом.
Задача для полной замкнутой цепи
Источник постоянного тока с ЭДС E = 24 В и внутренним сопротивлением r = 1,5 Ом замкнут на внешнее сопротивление R = 11 Ом.
Определить силу тока в цепи.
Дано:
Е=24 В, r=1,5 Ом, R = 11 Ом
Решение:
По закону Ома для замкнутой цепи: I = E/(R + r) = 24/(11+1,5) = 1,92 А.
Ответ: I=1, 92 А.
Треугольник закона Ома
Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома.
Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника.
В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.
Правило работы такое: Закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.
Круговая диаграмма закона Ома
Существует еще один подход к определению параметров схемы с применением закона Ома, который представляет собой круговую диаграмму закона Ома.
Используя круговую диаграмму закона Ома, можно без труда запомнить все уравнения для нахождения напряжения - U, тока - I, сопротивления - R и мощности - P.
Перед вами круговая диаграмма, она демонстрирует взаимосвязь между напряжением, мощностью, током и сопротивлением.
Эта диаграмма разделена на четыре блока для мощности, напряжения, сопротивления и тока.
Каждый блок состоит из трех формул с двумя известными значениями для каждой формулы.
Из диаграммы для нахождения каждого параметра в цепи мы можем использовать любую из трех доступных формул.
Каждый блок состоит из трех формул с двумя известными значениями для каждой формулы.
Из диаграммы для нахождения каждого параметра в цепи мы можем использовать любую из трех доступных формул.
