Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

В 1827 году  Георг Ом  опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-07

 

Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-1

где

  • I — тока в амперах (А)
  • V — напряжение в вольтах (В)
  • R — сопротивления в омах (Ом)

Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в  1 В.

Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-2

где

  • σ – проводимость материала
  • J — плотность тока
  • Е — электрическое поле.

Закон Ома и резистор

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-001

Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов. 

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-02

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-3

или

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-4

или

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-5

  Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что:zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-08  zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-002
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что:zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-09Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.  zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-003

Закон Ома — мощность

Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-6

где

  • Р — мощность в ваттах (В)

В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-7

или

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-8

Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной. 

Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-01

Закон Ома — калькулятор

Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

Какая должна быть минимальным мощность этого резистора? Ответ:
В соответствии с круговой диаграммой  Р = I2*R = 0,12*50 = 0,5 Вт. Таким образом, минимальная мощность должна быть не менее 0,5 Вт, но рекомендуется взять более мощный для дополнительной надежности и долговечности.
 zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-004  zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-05
Какой будет ток в цепи? Ответ:
Это простой пример закона Ома. Напряжение и сопротивление известны, так что мы можем вычислить ток по формуле:I = V / R = 6 / 1,2 = 5 А.
 zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-005  zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-03
Электронагреватель (резистор) мощностью 1 кВт подключен в цепь с током 10A. Какое будет падение напряжения на нагревателе? Ответ:
Напряжение может быть выражено через ток и мощность по формуле:
V = P / I = 1000/10 = 100 В
 zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-006  zakon-oma-dlya-uchastka-cepi-opredelenie-formula-rascheta-04
редактор

Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.

*