Закон на Ом на разбираем език

Исторически произход

Годината на откриването е Законът на Ом - 1826 г. от немския учен Георг Ом. Той емпирично определи и описа закона за съотношението на силата на тока, напрежението и вида на проводника. По-късно се оказа, че третият компонент не е нищо друго освен съпротива. Впоследствие този закон е наречен в чест на откривателя, но законът не спира дотук, той е кръстен на името и физическите си размери, като почит към неговата работа.

Стойността, в която се измерва съпротивлението, е кръстена на Георг Ом. Например, резисторите имат две основни характеристики: мощност във ватове и съпротивление - мерна единица в ома, кило-оми, мегаоми и др.

Закон на Ом за верижна секция

Законът на Ом за част от верига може да се използва за описание на електрическа верига, която не съдържа EMF. Това е най-простата форма на запис. Изглежда така:

I = U / R

Където I е токът, измерен в ампери, U е напрежението във волта, R е съпротивлението в Ом.

Тази формула ни казва, че токът е пряко пропорционален на напрежението и обратно пропорционален на съпротивлението - това е точната формулировка на Закона на Ом. Физичният смисъл на тази формула е да опише зависимостта на тока през секция от веригата с познатото й съпротивление и напрежение.

Внимание!Тази формула е валидна за постоянен ток, за променлив ток има леки разлики, ще се върнем към това по-късно.

В допълнение към съотношението на електрическите величини, тази форма ни казва, че графиката на тока спрямо напрежението в съпротивлението е линейна и уравнението на функцията е изпълнено:

f (x) = ky или f (u) = IR или f (u) = (1 / R) * I

Законът на Ом за една верига се използва за изчисляване на съпротивлението на резистор в верига или за определяне на тока през него при известно напрежение и съпротивление. Например имаме резистор R със съпротивление 6 ома, към клемите му се прилага напрежение 12 В. Трябва да разберете какъв ток ще тече през него. Изчисли Нека:

I = 12 V / 6 Ohms = 2 A

Идеалният проводник няма съпротивление, но поради структурата на молекулите на веществото, от което се състои, всяко проводимо тяло има съпротива. Например, това предизвика прехода от алуминиеви към медни проводници в домашните електрически мрежи.Съпротивлението на медта (Ом на 1 метър дължина) е по-малко от това на алуминия. Съответно медните проводници се нагряват по-малко, издържат на големи токове, което означава, че можете да използвате жица с по-малко напречно сечение.

Друг пример - спиралите на отоплителните устройства и резисторите имат голямо съпротивление, защото са изработени от различни метали с висока устойчивост, като нихром, кантал и др. Когато носителите на заряда се движат през проводника, те се сблъскват с частици в кристалната решетка, в резултат на това се отделя енергия под формата на топлина и проводникът се нагрява. Колкото по-ток - колкото повече сблъсъци - толкова повече отопление.

За да се намали нагряването, проводникът трябва или да се скъси, или дебелината му да се увеличи (площ на напречното сечение). Тази информация може да бъде написана като формула:

R_тел= ρ (L / S)

Където ρ е съпротивлението в Ом * mm²/ m, L - дължина в m, S - площ на напречното сечение.

Закон на Ом за паралелна и серийна верига

В зависимост от вида на връзката се наблюдава различен модел на текущия поток и разпределението на напрежението. За секция от серия верига от елементи напрежението, токът и съпротивлението се намират по формулата:

I = I1 = I2

U = U1 + U2

R = R1 + R2

Това означава, че един и същ ток тече във верига от произволен брой елементи, свързани последователно. В този случай напрежението, приложено към всички елементи (сумата от спада на напрежението), е равно на изходното напрежение на източника на захранване. Всеки елемент се прилага отделно със собствена стойност на напрежението и зависи от силата на тока и специфичното съпротивление:

U_д= I * R_{елемент}

Съпротивлението на веригата за паралелно свързани елементи се изчислява по формулата:

I = I1 + I2

U = U1 = U2

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

За смесено съединение веригата трябва да се доведе до еквивалентна форма. Например, ако един резистор е свързан към два паралелно свързани резистора, тогава първо изчислете съпротивлението на паралелно свързаните. Ще получите общото съпротивление на двата резистора и просто трябва да го добавите към третия, който е свързан последователно с тях.

Закон на Ом за цялата верига

Пълна схема изисква източник на захранване. Идеален източник на енергия е устройство, което има една характеристика:

• напрежение, ако е източник на ЕМП;
• сила на тока, ако е източник на ток;

Такъв източник на енергия е в състояние да достави всяка мощност с постоянни изходни параметри. В реално захранване има и параметри като мощност и вътрешно съпротивление. Всъщност вътрешното съпротивление е въображаем резистор, инсталиран последователно с източника на емф.

Формулата на закона на Ом за цялата схема изглежда подобна, но вътрешното съпротивление на IP е добавено. За пълна схема напишете:

I = ε / (R + r)

Където ε е EMF във волта, R е съпротивлението на натоварването, r е вътрешното съпротивление на източника на енергия.

На практика вътрешното съпротивление е част от Ома, а при галваничните източници се увеличава значително. Наблюдавахте това, когато двете батерии (нови и мъртви) имат едно и също напрежение, но една от тях произвежда необходимия ток и работи правилно, а втората не работи, защото провисва при най-малко натоварване.

Законът на Ом в диференциална и интегрална форма

За хомогенна част от веригата горните формули са валидни, за нехомогенен проводник е необходимо да се раздели на възможно най-кратки сегменти, така че промените в размерите му да бъдат сведени до минимум в този сегмент. Това се нарича Закон на Ом в различна форма.

С други думи: плътността на тока е пряко пропорционална на силата и проводимостта за безкрайно малка част от проводника.

В неразделна форма:

Закон на Ом за променлив ток

При изчисляване на променливотокови вериги вместо понятието съпротивление се въвежда понятието "импеданс". Импедансът се обозначава с буквата Z, включва съпротивлението на натоварването R_а и реактивност X (или R_R).Това се дължи на формата на синусоидалния ток (и токове на всякакви други форми) и параметрите на индуктивните елементи, както и законите за превключване:

1. Токът във веригата с индуктивност не може да се промени незабавно.
2. Напрежението във веригата с капацитета не може да се промени незабавно.

Така токът започва да изостава или да изпреварва напрежението, а общата мощност се разделя на активна и реактивна.

U = I * Z

X_L и X_C Реактивни компоненти на товара

В тази връзка се въвежда стойността cos Φ:

Тук Q е реактивната мощност, дължаща се на променлив ток и индуктивно-капацитивни компоненти, P е активната мощност (разпределена на активните компоненти), S е привидната мощност, cos Φ е коефициентът на мощност.

Може би сте забелязали, че формулата и нейното представяне се пресичат с теорията на Питагор. Това наистина е така, а ъгълът F зависи от това колко голям е реактивният компонент на товара - колкото е по-голям, толкова по-голям е. На практика това води до факта, че токът, който действително тече в мрежата, е по-голям от този, считан от електромера за домакинствата, докато предприятията плащат за пълна мощност.

В този случай съпротивлението се представя в сложна форма:

Тук j е въображаема единица, която е характерна за сложната форма на уравнения. По-рядко се нарича i, но в електротехниката е посочена и ефективната стойност на променливия ток, следователно, за да не се объркате, е по-добре да използвате j.

Въображаемата единица е √-1. Логично е, че при квадратиране няма такова число, което може да доведе до отрицателен резултат от "-1".

Как да си спомним закона на Ом

За да запомните Закона на Ом, можете да запомните формулировката с прости думи като:

Колкото по-високо е напрежението, толкова по-голям е токът, толкова по-голямо е съпротивлението, толкова по-нисък е токът.

Или използвайте мнемоничните снимки и правила. Първият е представяне на закона на Ом под формата на пирамида - кратко и ясно.

Мнемоничното правило е опростен оглед на концепция, за нейното просто и лесно разбиране и изучаване. Тя може да бъде или устна, или графична. За да намерите правилната формула правилно, затворете желаната стойност с пръст и получете отговора под формата на произведение или коефициент. Ето как работи:

Второто е карикатурно изпълнение. Тук е показано: колкото повече Ом се опитва, толкова по-трудно преминава Ампер и колкото повече Волт - толкова по-лесно преминава Ампер.

И накрая, препоръчваме да гледате полезно видео, което обяснява Закона на Ом и неговото приложение с прости думи:

Законът на Ом е един от основните в електротехниката, без негово знание повечето изчисления са невъзможни. И в ежедневната работа често се налага да се превежда ампери до киловат или чрез съпротивление за определяне на тока. Абсолютно не е необходимо да се разбира нейното заключение и произхода на всички количества - но окончателните формули са необходими за разработване. В заключение искам да отбележа, че сред електриците има стара комична поговорка:"Не знам Ом - седи вкъщи."И ако във всяка шега има дял от истината, то тук този дял от истината е 100%. Научете теоретичните основи, ако искате да станете професионалист на практика, а други статии от нашия сайт ще ви помогнат в това.