Закон ома для участка цепи — справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаДиаграмма, упрощающая запоминание

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Классическая формулировка

Этот простой вариант трактовки, известный нам со школы.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаОднородный открытый участок электроцепи

Формула в интегральной форме будет иметь следующий вид:

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаФормула в интегральной форме

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.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Классификация средств обучения - справочник студента

Оценим за полчаса!

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаСхема с подключенным с источником

  • Учитывая «r» ЭДС, формула предстанет в следующем виде:
  • Закон Ома для участка цепи - Справочник студента
  • 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:
  • Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаСхема неоднородного участка

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

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаФормула для неоднородного участка цепи

Переменный ток

  1. 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:
  2. Закон Ома для участка цепи - Справочник студента
  3. 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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студентаПрименяем закон к любому участку цепи

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.

Источник: https://www.asutpp.ru/zakon-oma-dlya-uchastka-cepi.html

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

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.

Читайте также:  Виды представлений - справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента
Памятник Георгу Симону Ому

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

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 Ома для участка цепи - Справочник студента

Закон запишется в следующем виде:

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

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.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента
Ток в проводнике

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 студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/zakon-oma-dlya-chajnikov/

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи – полученный экспериментальным (эмпирическим) путём закон, который устанавливает связь силы тока на участке цепи с напряжением на концах этого участка и его сопротивлением. Строгая формулировка закона Ома для участка цепи записывается так: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на её участке и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Формула закона Ома для участка цепи записывается в следующем виде:

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

  • где:
  • I – сила тока в проводнике [А];
  • U – электрическое напряжение (разность потенциалов) [В];
  • R – электрическое сопротивление (или просто сопротивление) проводника [Ом].

Исторически сложилось, что сопротивление R в законе Ома для участка цепи считается основной характеристикой проводника, так как зависит исключительно от параметров этого проводника.

Необходимо отметить, что закон Ома в упомянутой форме справедлив для металлов и растворов (расплавов) электролитов и только для тех цепей, где нет реального источника тока или источник тока является идеальным. Идеальный источник тока – это такой источник, который не обладает собственным (внутренним) сопротивлением.

Подробнее с законом Ома в применении к цепи с источником тока можно познакомится в нашей статье. Условимся считать положительным направлением слева направо (см. рисунок ниже). Тогда напряжение на участке равно разности потенциалов.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

φ1 — потенциал в точке 1 (в начале участка);

φ2 — потенциал в точке 2 (а конце участка).

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

Если выполняется условие φ1 > φ2, то напряжение U > 0. Следовательно, линии напряженности в проводнике направлены от точки 1 к точке 2, а значит и ток течет в этом направлении. Именно такое направление тока будем считать положительным I > O.

Рассмотрим простейший пример определения сопротивления на участке цепи с помощью закона Ома. В результате эксперимента с электрической цепью амперметр (прибор, который показывает силу тока) показывает , а вольтметр . Необходимо определить сопротивление участка цепи .

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

По определению закона Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

откуда

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

  1. Изучая закон Ома для участка цепи в 8 классе школы, учителя часто задают ученикам следующие вопросы, чтобы закрепить пройденный материал:
  2. Между какими величинами Закон Ома для участка цепи устанавливает зависимость?
  3. — Правильный ответ: между силой тока [I], напряжением [U] и сопротивлением [R].
  4. Отчего кроме напряжения зависит сила тока?
  5. — Правильный ответ: От сопротивления
  6. Как зависит сила тока от напряжения проводника?
  7. — Правильный ответ: Прямо пропорционально
  8. Как зависит сила тока от сопротивления?
  9. — Правильный ответ: обратно пропорционально.
  10. Данные вопросы задают для того, чтобы в 8 классе ученики смогли запомнить закон Ома для участки цепи, определение которого гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется.

Источник: https://zakon-oma.ru/dlya-uchastka-cepi.php

Закон Ома для участка цепи. Сопротивление (Ерюткин Е.С.). Видеоурок. Физика 10 Класс

На этом уроке мы рассмотрим связь параметров поля внутри проводника (разность потенциалов на определенном участке) с характеристикой тока (силой тока), сформулируем закон Ома для участка цепи, а также рассмотрим свойства проводников, влияющие на пропускание электрического тока (сопротивление)

Для существования электрического тока внутри проводника должно существовать электрическое поле, а для существования поля в проводнике необходима разность потенциалов. Разность потенциалов называют напряжением.

Причем ток направлен в сторону уменьшения потенциалов (ток по договоренности обусловлен движением положительных зарядов), а свободные электроны, соответственно, движутся в обратную сторону.

Рассмотрим движение частиц в металлическом проводнике.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

Рис. 1. Движение частиц в металлическом проводнике

  • Допустим, на концах некоторого участка проводника существуют потенциалы  и , причем .
  • В таком случае напряжение на участке (или разность потенциалов) равно .
  • Опытным путем было показано, что, чем больше напряжение на участке, тем больше сила тока, проходящего через него.
  • Немецкий ученый Георг Ом в 1826 году провел серию опытов и получил зависимость, которую впоследствии назвали законом Ома.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

Рис. 2. Георг Ом

Для разных проводников он строил так называемые вольт-амперные характеристики – графики зависимости силы тока от напряжения.

Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

Рис. 3. График зависимости силы тока от напряжения

В результате была обнаружена линейная связь силы тока с напряжением: увеличивая напряжение, увеличиваем и силу тока, это увеличение происходит прямо пропорционально: .

Однако, как видно из графиков, для каждого проводника коэффициент пропорциональности разный. Это означало, что каждый проводник обладает некоторой мерой проводимости тока, и для разных проводников она разная. Эту величину назвали электрическим сопротивлением. Обозначение сопротивления – R.

При одном и том же напряжении проводники с меньшим сопротивлением будут пропускать ток большей силы.

Используя опытные результаты, Омом был сформулирован закон, впоследствии названный законом Ома для участка цепи. Закон Ома для участка цепи:сила тока для однородного проводника на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

    Сопротивление является главной характеристикой проводника.

    В чем же природа сопротивления? Чем обусловлена лучшая или худшая проводимость тока проводниками? Дело в том, что электроны, которые движутся в металле под действием электрического поля, не движутся в однородной среде, они постоянно взаимодействуют с узлами кристаллической решетки металла и атомами различных примесей, замедляясь. В перерывах же между ударами они движутся равноускоренно.

    Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

    Рис. 4. Движение электронов в металлическом проводнике

    Проводники могут быть твердые, жидкие, газообразные, плазменные и во всех них существует свое электрическое сопротивление.

    После объяснения механизма сопротивления становится очевидным, что сопротивление зависит только от свойств проводника, в частности, материала, геометрических размеров и температуры. Какова же эта зависимость?

    • В данном случае это l – длина проводника;
    • S – площадь поперечного сечения проводника;
    • Ρ – удельное сопротивление.
    • Чем проводник длиннее, тем его электрическое сопротивление больше, а чем площадь поперечного сечения проводника больше, тем электрическое сопротивление меньше.
    • Удельное сопротивление– табличная величина, характеризующая способность материала к сопротивлению, показывает, каким сопротивлением обладает проводник длиной 1 метр, площадь поперечного сечения которого составляет 1 м2.
    • Единица измерения сопротивления – Ом:

    Единица измерения удельного сопротивления: . По удельному сопротивлению мы можем судить о материале и о том, как его можно использовать. Все удельные сопротивления известных нам материалов собраны в таблице:

    Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

    Рис. 5. Удельное сопротивление металлов

    1. По признаку проводимости все материалы разделяются на три группы: проводники (удельное сопротивление порядка 10-8 Ом м), полупроводники (порядка 10-4-102 Ом м) и изоляторы (порядка 108-1017 Ом м).
    2. Закон Ома для участка цепи имеет значение для расчета электрических цепей.
    3. На следующем уроке мы рассмотрим, как соединяются электрические сопротивления (резисторы).
    4. Список рекомендованной литературы
    1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
    2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
    3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. – М., 2010.

    Домашнее задание

    1. Для изготовления резистора сопротивления 126 Ом использовали никелевый провод с площадью сечения 0,1 мм2. Какая длина этого провода?
    2. Как изменится сопротивление оголенного провода, если его сложить в два раза?
    3. От чего зависит сопротивление?

    Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

    1. Интернет-портал Kakras.ru (Источник).
    2. Интернет-портал Class-fizika.narod.ru (Источник).
    3. Интернет-портал Uchifiziku.ru (Источник).
    4. Интернет-портал Electromechanics.ru (Источник).

    Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/10-klass/osnovy-elektrodinamiki/zakon-oma-dlya-uchastka-tsepi-soprotivlenie-variant-1-eryutkin-e-s

    Закон Ома

    Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

    Темы кодификатора ЕГЭ: закон Ома для участка цепи, электрическое сопротивление

    Рассмотрим некоторый элемент электрической цепи постоянного тока. Это может быть что угодно: металлический проводник, раствор электролита, лампочка накаливания, газоразрядная трубка. . .
    Будем менять напряжение , поданное на наш элемент, и измерять силу тока , протекающего через него. Получим функциональную зависимость . Эта зависимость называется вольт-амперной характеристикой элемента и является наиважнейшим показателем его электрических свойств.

    Вольт-амперные характеристики различных элементов цепи могут выглядеть по-разному.
    Очень простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлического проводника. Эту зависимость экспериментально установил Георг Ом.

    Закон Ома для участка цепи

    Оказалось, что сила тока в металлическом проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах: . Коэффициент пропорциональности принято записывать в виде :

    (1)

    Величина называется сопротивлением проводника. Измеряется сопротивление в омах (Ом). Как видим, Ом=В/А.

    Дадим словесную формулировку закона Ома.

    Закон Ома для участка цепи. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

    Закон Ома оказался справедливым не только для металлов, но и для растворов электролитов.

    Сформулированный закон имеет место для так называемого однородного участка цепи — участка, не содержащего источников тока. Закон Ома для неоднородного участка (на котором имеется источник тока) мы обсудим позже.

    Читайте также:  Подготовка учителя к уроку, технологическая карта урока - справочник студента

    Вольт-амперная характеристика (1) является линейной функцией. Её графиком служит прямая линия (рис. 1).

    Закон Ома для участка цепи - Справочник студента

    Рис. 1. Вольт-амперная характеристика металлического проводника

    По этой причине металлические проводники (и электролиты) называются линейными элементами. А вот газоразрядная трубка, например, является нелинейным элементом — её вольт-амперная характеристика уже не будет линейной функцией. Но об этом мы поговорим позднее.

    Электрическое сопротивление

    А сейчас давайте подумаем вот о чём. Пусть к концам проводника приложено постоянное напряжение . Тогда на свободные заряды проводника действует сила со стороны стационарного электрического поля. Раз есть сила — значит, эти заряды должны двигаться с ускорением; скорость их направленного движения будет увеличиваться, а вместе с ней будет возрастать и сила тока. Но закон Ома гласит, что сила тока будет постоянной. Как же так?

    Дело в том, что сила со стороны стационарного поля — не единственная сила, действующая на свободные заряды проводника.

    Например, свободные электроны металла, совершая направленное движение, сталкиваются с ионами кристаллической решётки. Возникает своего рода сила сопротивления, действующая со стороны проводника на свободные заряды. Эта сила уравновешивает электрическую силу, с которой на свободные заряды действует стационарное поле.

    В результате скорость направленного движения заряженных частиц не меняется по модулю (точнее говоря, свободные электроны всё же двигаются равноускоренно, но только в промежутках между соударениями с ионами кристаллической решётки.

    В среднем же оказывается, что электроны перемещаются с постоянной скоростью); вместе с ней остаётся постоянной и сила тока.

    Так что величина названа сопротивлением не случайно. Она и в самом деле показывает, в какой степени проводник «сопротивляется» прохождению тока.

    Удельное сопротивление

    Возьмём два проводника из одинакового материала с равными поперечными сечениями; пусть отличаются только их длины. Ясно, что сопротивление будет больше у того проводника, у которого больше длина.

    В самом деле, при большей длине проводника свободным зарядам труднее пройти сквозь него: каждый свободный электрон встретит на своём пути больше ионов кристаллической решётки.

    Аналогия такая: чем длиннее заполненная машинами улица, тем труднее будет через неё проехать.

    Пусть теперь проводники отличаются только площадью поперечного сечения. Ясно, что чем больше площадь, тем меньше сопротивление проводника. Снова аналогия: чем шире шоссе, тем больше его пропускная способность, т. е. тем меньше его «сопротивление» движению машин.

    Опыт подтверждает эти соображения и показывает, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения :

    (2)

    Коэффициент пропорциональности уже не зависит от геометрии проводника; он является характеристикой вещества проводника и называется удельным сопротивлением данного вещества. Величины удельных сопротивлений различных веществ можно найти в соответствующей таблице.

    • В каких единицах измеряется удельное сопротивление? Давайте выразим его из формулы (2):
    • Получим:

    Однако такая «теоретическая» единица измерения не всегда удобна. Она вынуждает при расчётах переводить площадь поперечного сечения в квадратные метры, тогда как на практике чаще всего речь идёт о квадратных миллиметрах (для проводов, например). На такой случай предусмотрена «практическая» единица:

    В таблице задачника Рымкевича удельное сопротивление даётся как в «теоретических» единицах, так и в «практических».

    Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/zakon-oma/

    Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и определения

    Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

    Закон Ома для участка цепи:

    Определение:Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

    1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
      • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
      • Формула:I=frac{U}{R}
    2. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
      • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
      • Формула:U=IR
    3. R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
      • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
      • Формула R=frac{U}{I}

    Определение единицы сопротивления — Ом

    1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1(Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

    Закон Ома для полной цепи

    Определение: Сила тока в цепипропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

    Формула I=frac{varepsilon}{R+r}

    • varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
    • I — сила тока в цепи, А;
    • R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
    • r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

    Как запомнить формулы закона Ома

    Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

    • U — электрическое напряжение;
    • I — сила тока;
    • P — электрическая мощность;
    • R — электрическое сопротивление

    Смотри также:

    • Первый закон Ньютона
    • Второй закон Ньютона
    • Третий закон Ньютона

    Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

    Источник: https://bingoschool.ru/blog/79/

    Закон Ома для участка цепи и полной цепи формулы и определения

    В данной статье расскажем про закон Ома, формулы для полной цепи (замкнутой), участка цепи, неоднородного участка цепи, в дифференциальной и интегральной форме, переменного тока, а также для магнитной цепи.

    Вы узнаете какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома, а также где он встречается.

    Закон Ома: постоянный ток , протекающий через проводник, прямо пропорционален напряжению , приложенному к его концам и обратно пропорционален сопротивлению .

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

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

    Ниже будет представлено видео, в котором объясняется закон Ома на пальцах.

     

    Формула закона Ома для участка цепи

    • Интенсивность постоянного тока, протекающего через проводник, пропорциональна напряжению, приложенному к его концам. В интернете часто называют данную формулу первым законом Ома:
    • U — напряжение
    • I — сила (интенсивность) тока
    • R —  Сопротивление
    • Электрическое сопротивление:
    • Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением или сопротивлением.
    • Отношение напряжения к току для данного проводника является постоянным:
    • Единица электрического сопротивления составляет 1 Ом  (1 Ω):
    • Резистор имеет сопротивление 1, если приложенное напряжение 1 вольт и сила тока составляет 1 ампер.
    • Зависимость электрического сопротивления от размера направляющей:
    • Сопротивление проводящей секции с постоянным поперечным сечением R прямо пропорционально длине этого сегмента li, обратно пропорциональному площади поперечного сечения S:
    • R— электрическое сопротивление
    • ρ — удельное сопротивление
    • I — длина направляющей
    • S — площадь поперечного сечения
    • Эта зависимость была подтверждена экспериментально британским физиком Хамфри Ди в 1822 году до разработки закона Ома.

    Закон Ома для замкнутой (полной) цепи

    Закон Ома для полной цепи — это значение силы (интенсивности) тока в настоящей цепи, который зависит от сопротивления нагрузки и от источника тока (E), также его называют вторым законом Ома.

    Электрическая лампочка является потребителем источника тока, подключив их вместе, они создают полную электро-цепь. На картинке выше, вы можете увидеть полную электрическую цепь, состоящую из  аккумулятора и лампы накаливания.

    Электричество, проходит через лампу накаливания и через сам аккумулятор. Следовательно, ток проходя через лампу, в дальнейшем пройдет и через аккумулятор, то есть сопротивление лампочки складывается со сопротивлением аккумулятора.

    Сопротивление нагрузки (лампочка), называют внешним сопротивлением, а сопротивление источника тока (аккумулятора) — внутренним сопротивление. Сопротивление аккумулятора обозначается латинской буквой r.

    Когда электричество течет вокруг цепи, внутреннее сопротивление самой ячейки сопротивляется потоку тока, и поэтому тепловая энергия теряется в самой ячейке.

    • E  = электродвижущая сила в вольтах, V
    • I = ток в амперах, A
    • R = сопротивление нагрузки в цепи в Омах,  Ω
    • r = внутреннее сопротивление ячейки в Омах,  Ω
    1. Мы можем изменить это уравнение;
    2. и затем

    В этом уравнении появляется ( V ), что является конечной разностью потенциалов, измеренной в вольтах (V). Это разность потенциалов на клеммах ячейки при протекании тока в цепи, она всегда меньше э.д.с. ячейки.

    Закон Ома для неоднородного участка цепи

    Если на участке цепи действуют только потенциальные силы (Рисунок 1а), то закон Ома записывается в известном виде . Если же в кругу проявляется еще и действие сторонних сил (Рисунок 2б), то закон Ома примет вид   , откуда . Это и есть закон Ома для любого участка цепи.

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

    Последнее выражение можно представить в различных формах. Как известно, напряжение на внешнем участке зависит от нагрузки, то есть или , или .

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

    Рассмотрим два особых случая, в отношении внешнего сопротивления цепи.

    1) R = 0 — такое явление называют коротким замыканием. Тогда, из закона Ома имеем — , то есть ток в цепи возрастает до максимума, а внешний спад напряжения U → 0. При этом в источнике выделяется большая мощность, что может привести к его неисправности.

    2) R = ∞ , то есть электрическая цепь разорвана, тогда , а . Итак, в этом случае, ЭДС численно равна напряжению на клеммах разомкнутого источника тока.

    Закон Ома в дифференциальной форме

    Закон Ома можно представить в таком виде, чтобы он не был связан с размерами проводника. Выделим участок проводника Δ l , на концах которой приложено потенциалы φ 1 и φ 2. Когда средняя площадь сечения проводника Δ S , а плотность тока j , то сила тока

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

    Закон ома для переменного тока

    Это уравнение представляет собой запись закона Ома для цепей переменного тока относительно их амплитудных значений. Понятно, что оно будет справедливым и для эффективных значений силы и тока:  .

    Для цепей переменного тока возможен случай, когда , а это значит, что U L = U C . Поскольку эти напряжения находятся в противофазе, то они компенсируют друг друга. Такие условия называют резонансом напряжений. Резонанс можно достичь или при ω = const , изменяя С и L , или же при постоянных С и L подбирают ω, которая называется резонансным. Как видно — .

    Особенности резонанса напряжений следующие:

    • полное сопротивление цепи минимальное, Z = R ;
    • амплитуда тока — максимальная ;
    • амплитуда значений приложенного напряжения равна амплитуде на активном сопротивлении;
    • напряжение и ток находятся в одинаковых фазах (φ = 0);
    • мощность источника передается только активному сопротивлению, следовательно полезная мощность — максимальная.

    Резонанс токов получают при параллельном соединении индуктивности и емкости на рисунке слева. По первому закону Кирхгофа результирующий ток в какой-то момент времени I = IL+IC.

    Несмотря на то, что суммы ІL и IC могут быть достаточно большими, ток в главном круге станет равным нулю, а значит сопротивление цепи станет максимальным.

    Зависимость силы тока от частоты при различных активных сопротивлениях показана на рисунке справа.

    Закон Ома в интегральной форме

    • С дифференциального закона Ома можно непосредственно получить интегральный закон. Для этого умножим скалярно левую и правую части выражения на элементарную длину проводника (перемещение носителя тока), образовав соотношение
    • (1)
    • В (1) j*S n = И есть величина силы тока. Проинтегрируем (1) по участку круга L с точки 1 до точки 2
    •  (2)
    • В (2) выражение
    • (3)
    • есть сопротивление проводника, а — удельное сопротивление. Интеграл в правой части (2) является напряжение U на концах участка
    • . (4)
    • Окончательно из (2) — (4) имеем выражение для закона Ома в интегральной форме
    • (5)
    • который он установил экспериментально.

    Интерпретация закона Ома

    Интенсивность тока, являющаяся действием приложенного напряжения, ведет себя пропорционально его напряжению. Например: если приложенное напряжение увеличивается в два раза, оно также удваивает силу тока (интенсивность тока).

    Помните, что закон Ома удовлетворяется только частью материалов — в основном металлами и керамическими материалами.

    Когда закон Ома встречается и какие материалы соответствуют и не соответствуют закону Ома

    Закон Ома является экспериментальным законом, выполненным для некоторых материалов (например, металлов) для фиксированных условий тока, в частности температуры проводника.

    Материалы, относящиеся к закону Ома, называются омическими направляющими или линейными проводниками. Примерами проводников, которые соответствуют закону Ома, являются металлы (например, медь, золото, железо), некоторые керамические изделия и электролиты.

    Материалы, не относящиеся к закону Ома, в которых сопротивление является функцией интенсивности протекающего через них тока, называются нелинейными проводниками. Примерами руководств, не относящихся к закону Ома, являются полупроводники и газы.

    Закон Ома не выполняется, когда изменяются параметры проводника, особенно температура.

    Источник: https://meanders.ru/vse-chto-nuzhno-znat-pro-zakon-oma.shtml

    Ссылка на основную публикацию