Закон ома использование его в повсевдневной жизни


Закон ома использование его в повсевдневной жизни

Формула Закона Джоуля-Ленца


Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика.

В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца . Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока.

Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт ; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В ; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А .

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала .

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины.

По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А. Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля.

Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В.

Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А. Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Пример 1

Лучший способ научить его использовать на своем примере.Ниже приведена очень простая схема с аккумулятором и резистором.

Аккумулятор представляет собой источник напряжения на 12 вольт, а сопротивление резистора составляет 600 Ом.

Сколько тока протекает по цепи? Чтобы найти величину тока, вы можете использовать треугольник выше к формуле для тока: I = V / R. Теперь вы можете рассчитать ток, используя напряжение и сопротивление:I = 12 В / 600 Ом I = 0,02 А = 20 мА (миллиампер)Таким образом, ток в цепи составляет 20 мА.

Закон Ома и его применение

Закон Ома выражает зависимость между напряжением U, током I и сопротивлением R для участка цепи, не содержащего ЭДС: U = I ∙ R где U – напряжение, в вольтах; I – сила тока, в амперах; R – сопротивление, в омах.

Три составляющие закона Ома Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома выражает зависимость между ЭДС источника тока E, сопротивлением нагрузки Rн, током I и внутренним сопротивлением r0 источника тока: I = E / (Rн + r0) Напряжение на зажимах источника тока U определяется по формуле: U = E – I ∙ r0 = I ∙ Rн Диаграмма, помогающая запомнить закон Ома. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления: В зависимости от сопротивления нагрузки Rн существуют три режима работы: режим короткого замыкания при Rн = 0 Iк.з. = Imax = E / r0 режим холостого хода при Rн = ∞ Uх.х.

= Umax = E режим согласованной нагрузки при Rн = r0 I = Iк.з.

/ 2 U = Uх.х. / 2 Р = Uх.х. ∙ Iк.з. / 4 В последнем случае источник тока отдает в нагрузку максимально возможную мощность.

Если сопротивление нагрузки состоит из нескольких резисторов, то справедливы следующие соотношении: при последовательном соединении резисторов R1 и R2: U1 / U2 = R1 / R2 U / U2 = R1 + R2 / R2 U2 = U ∙ R2 / (R1 + R2) U1 = U ∙ R1 / (R1 + R2) где U – подведенное напряжение; U1 и U2 – падение напряжения на резисторах R1 и R2; при параллельном соединении резисторов R1 и R2: I1 / I2 = R2 / R1 Подключение резисторов параллельно или последовательно измерительному прибору позволяет расширить пределы измерений.

Можно показать, что расширение пределов измерения вольтметра достигается включением последовательно с ним добавочного резистора Rдоб. Если верхний предел измерения вольтметра Uв, а необходимый предел измерения Uн > Uв, то включение Rдоб = Rп ∙ (Uн / Uв – 1) позволяет отсчитывать максимально напряжение Uн.
Если верхний предел измерения вольтметра Uв, а необходимый предел измерения Uн > Uв, то включение Rдоб = Rп ∙ (Uн / Uв – 1) позволяет отсчитывать максимально напряжение Uн.

В приведенном выражении Rп – сопротивление прибора, равное Rп = Uв / Iв, где Iв – ток прибора при подведении к нему напряжения Uв. Расширение предела измерения амперметра достигается параллельным подключением к нему дополнительного резистора (шунта). Если верхний предел измерения тока амперметра Iв, а необходимый предел измерения Iн > Iв, то сопротивление шунта: Rш = Rп / (Iн / Iв) – 1 Сопротивление вольтметра можно определить следующим способом.

Измерить вольтметром напряжение на зажимах источника напряжения E и, отметив показания вольтметра, включить последовательно с ним такой добавочный резистор, при котором показание вольтметра уменьшится вдвое, т.е. при равенстве сопротивлений вольтметра и добавочного резистора.

На этом же принципе основана и обратная задача определения величины неизвестного сопротивления с помощью вольтметра.

Применение закона Ома

Все те, кто знаком с основами электротехники, представляют себе значение закона Ома в теории и практике электрических цепей.

Не вдаваясь в подробности, перечислим некоторые примеры использования закона Ома при изучении электрических цепей.

В первую очередь, как уже упоминалось, закон Ома в виде служит для определения сопротивления проводника. При наличии амперметра и вольтметра эта операция даже для неопытного экспериментатора не представит трудностей.

Одним из наиболее точных и чувствительных способов определения сопротивления является метод мостовых схем, расчет которых производится также с использованием закона Ома. Применяя закон Ома для полной цепи, можно, изменяя внешнее сопротивление, вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, решив для этого систему двух соответствующих выражений: Показания I 1 и I 2 при этом снимают с амперметра, включенного в цепь. Сопротивление R 1 и R 2 внешних участков цепи можно найти, измеряя вольтметром падение напряжения на этих участках и применяя формулу закона Ома для участка цепи.

Этот же закон позволяет рассчитать электрическую цепь, источником тока в которой является батарея, составленная из нескольких элементов.

В настоящее время в электротехнике широко применяются правила Кирхгофа, с помощью которых рассчитывают разветвленные цепи. Зная эти правила, можно, например, определить силу и направление тока в любой части разветвленной системы проводников, если заданы сопротивления и ЭДС всех его участков.

Второе правило Кирхгофа получено в результате применения закона Ома к различным участкам замкнутой цепи. Первое правило также следует из теоретических рассуждений Ома, изложенных им в работе «Теоретические исследования электрических цепей».

Изучение нелинейных цепей обязано своим прогрессом также закону Ома. Важнейшие характеристики электронных ламп и полупроводниковых приборов — крутизна характеристики, внутреннее сопротивление — определяется в соответствии с законом Ома. Специалисты, работающие в области электроники, электротехники и радиотехники, смогут добавить еще много примеров, когда использование закона Ома давало верный ключ к решению ряда сложных теоретических и практических задач.
Специалисты, работающие в области электроники, электротехники и радиотехники, смогут добавить еще много примеров, когда использование закона Ома давало верный ключ к решению ряда сложных теоретических и практических задач. vestishki.ru

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.

Применение закона Ома на практике

/ /

Принцип работы одного из основополагающих законов электротехники хочется начать объяснять с аллегории — показа небольшого карикатурного изображения 1 из трех человечков под именами «Напряжение U», «Сопротивление R» и «Ток I».

На нем видно, что «Ток» пытается пролезть через сужение в трубе, которое «Сопротивление» усердно затягивает. В то же время «Напряжение» прилагает максимально возможное усилие для прохождения, проталкивания «Тока». Этот рисунок напоминает, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в определенной среде.

Передвижение их возможно под действием приложенной внешней энергии, создающей разность потенциалов — напряжение.

Однако, внутренние силы проводников и элементов схемы уменьшают величину тока, оказывают сопротивление его перемещению. Рассмотрим простую схему 2, поясняющую действие закона Ома для участка электрической цепи постоянного тока. В качестве источника напряжения U используем аккумуляторную батарею, которую подключим к сопротивлению R толстыми и одновременно короткими проводами в точках А и В.
В качестве источника напряжения U используем аккумуляторную батарею, которую подключим к сопротивлению R толстыми и одновременно короткими проводами в точках А и В.

Допустим, что провода не влияют на величину прохождения тока I к резистору R.

Формула (1) выражает соотношения между сопротивлением (омы), напряжением (вольты) и током (амперы). Ее называют законом Ома для участка цепи.

Кружок под формулой облегчает ее запоминание и пользование для выражения каждого из составляющих параметров U, R или I (U расположено сверху над черточкой, а R и I — снизу).

Если надо определить один из них, то мысленно закрываем его и работаем с двумя оставшимися, выполняя арифметические действия. Когда величины расположены на одной строчке, то их перемножаем.

А в случае расположения их на разных уровнях выполняем деление верхнего на нижний. Эти соотношения показаны на формулах 2 и 3 рисунка 3 ниже.

В этой схеме для измерения тока используется амперметр, который соединен последовательно с нагрузкой R, а напряжения — вольтметр, подключенный параллельно точкам 1 и 2 резистора. Учитывая конструктивные особенности приборов, допустим, что амперметр не влияет на величину тока в схеме, а вольтметр — напряжения.

Определение сопротивления с помощью закона Ома Пользуясь показаниями приборов (U=12 В, I=2,5 А) можно по формуле 1 определить величину сопротивления R=12/2,5=4,8 Ом.

На практике этот принцип заложен в работу измерительных приборов — омметров, определяющих активное сопротивление различных электрических устройств. Поскольку они могут быть настроены на замеры различных диапазонов величин, то их соответственно подразделяют на микроомметры и миллиомметры, работающие с малыми сопротивлениями и тера-, гиго- и мегаомметры — измеряющие очень большие значения. Для конкретных условий эксплуатации их выпускают:

  1. щитовыми;
  2. лабораторными моделями.
  3. Принцип работы омметра Для выполнения замеров обычно используются магнитоэлектрические приборы, хотя в последнее время широко внедряются электронные (как аналоговые, так и цифровые). В омметре магнитоэлектрической системы используется токоограничивающий резистор R, пропускающий через себя только миллиамперы и чувствительная измерительная головка (миллиамперметр). Она реагирует на протекание малых токов через прибор за счет взаимодействия двух электромагнитных полей от постоянного магнита N-S и поля, создаваемого током, проходящим через обмотку катушки 1 с токопроводящей пружинкой 2. В результате взаимодействия сил магнитных полей происходит отклонение стрелки прибора на определенный угол. Шкала головки для облегчения работы сразу проградуирована в омах. При этом используется выражение сопротивления через ток по формуле 3. У омметра для обеспечения точных замеров должно поддерживаться стабилизированное значение подаваемого напряжения от батареи питания. С этой целью применяется калибровка посредством использования добавочного регулировочного резистора R рег. С его помощью до начала измерения на схему ограничивается подача излишнего напряжения от источника, выставляется строго стабильная, нормируемая величина. Определение напряжения с помощью закона Ома Во время работ с электрическими схемами бывают случаи, когда необходимо узнать падение напряжения на каком-то элементе, например, резисторе, а известно его сопротивление, которое обычно маркируется на корпусе, и проходящий сквозь него ток. Для этого не обязательно подключать вольтметр, а достаточно воспользоваться расчетами по формуле 2. В нашем случае для рисунка 3 проведем расчеты: U=2,5·4,8 =12 В. Определение тока с помощью закона Ома Этот случай описывает формула 3. Его используют для расчета нагрузок в электрических схемах, выбора сечений проводников, кабелей, предохранителей или защитных автоматов. В нашем примере расчет выглядит так: I=12/4,8=2,5 А. Шунтирование Этот способ в электротехнике используют для исключения работы определенных элементов из схемы без их демонтажа. Для этого на ненужном резисторе замыкают накоротко проводником входящую и отходящую клеммы (на рисунке 1 и 2) — шунтируют. В результате ток схемы выбирает для себя путь с меньшим сопротивлением через шунт и резко возрастает, а напряжение зашунтированного элемента падает до нуля. Короткое замыкание Этот режим является частным случаем шунтирования и, в общем-то, показан на рисунке выше, когда закоротка устанавливается на выходные клеммы источника. При его возникновении создаются очень опасные большие токи, способные поражать людей и сжигать не защищенное электрооборудование. Для борьбы со случайно возникающими замыканиями в электрической сети используют защиты. На них выставляют такие уставки, которые не мешают работать схеме в нормальном режиме. Они отключают питание только при аварийных случаях. Например, если ребенок по неосторожности всунет в домашнюю розетку проволоку, то правильно настроенный автоматический выключатель вводного квартирного щита практически моментально отключит электроснабжение. Все, что описано выше, относится к закону Ома для участка цепи постоянного тока, а не полной схемы, где процессов может быть значительно больше. Следует представлять, что это только небольшая часть применения его в электротехнике. Закономерности, выявленные знаменитым ученым Георгом Симоном Омом между током, напряжением и сопротивлением по-разному описываются в различных средах и цепях переменного тока: однофазных и трехфазных. Вот основные формулы, выражающие соотношения электрических параметров в металлических проводниках. Более сложные формулы для проведения специальных расчетов закона Ома на практике. Как видим, исследования, которые провел гениальный ученый Георг Симон Ом, имеют огромное значение даже в наше время бурного развития электротехники и автоматики.
  4. переносными;

Простые примеры использования Закона Ома

Во втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R), при заданных значений напряжения (E) и тока (I):

Какова величина напряжения, которое выдаёт аккумуляторная батарея?

Закон Ома очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей.

Он используется так часто при изучении электротехники и электроники, что должен быть хорошо отложен в памяти каждого серьёзного студента.

При работе в качестве электротехнического персонала (электромонтёром), применение Закона Ома доводится до автоматизма, потому как очень часто используется. Для тех, кто плохо знаком с алгеброй, есть хороший способ запомнить вариации применения Закона Ома.

Для этого достаточно изобразить треугольник на листке бумаги, который будет разбит на три части.

Вершина треугольника — это E, правый угол — это R, а левый угол — это I. Для удобства полезно запомнить эту картинку:

Если вы знаете E и I, и желаете определить чему равно R, тогда нужно зачеркнуть на картинке неизвестное R, и наглядно будет видно, что нужно сделать:

Если вам известны E и R, и вы желаете отыскать значение тока I, тогда выполняем подобное действие, но зачёркиваем неизвестное I.

В итоге наглядно видим, что для отыскания I нужно напряжение делить на сопротивление R:

Если вы знаете I и R, и желаете определить Е, тогда зачеркните E и посмотрите, что получилось. Вам нужно умножить величину тока I, протекающего в электрической цепи (ветви), на величину сопротивления участка цепи. В итоге вы получите значение падения напряжения E на этом участке:

В конце концов, вы придёте к тому, что знание алгебры необходимо для глубокого изучения электротехники и электроники.

Приведённый выше способ позволит вам легко выполнять свои первые расчёты электрических цепей. Если же вы знакомы с алгеброй, то вам достаточно помнить формулировку Закона Ома с тем, чтобы составить необходимую пропорцию и из неё получить все остальные формулы для нахождения неизвестных величин. Дата: 24.06.2015 © Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

А теперь — веселые картинки

Чтобы еще легче было понять, давайте рассмотрим его на знакомом примере из жизни — с водопроводной водой.

«Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку»

.

Вода — это ток. Течение — сила тока, давление воды — это напряжение, а труба — это проводник.

Ясно, что чем выше мы поднимем бачок, тем выше станет давление воды (напряжение) и тем сильнее станет течение воды (сила тока). Опусти мы бачок — уменьшится давление (напряжение) и соответственно, ниже станет течение (сила тока).

Прямая зависимость. Чем выше напряжение, тем сильнее сила тока, очень наглядно. Теперь проверим на жизненных реалиях вторую часть формулировки закона Ома, добавим в нашу водопроводную схему понятие сопротивления. То есть нарисуем в трубе с водой заслонку.

«Сила тока на участке цепи обратно пропорциональна сопротивлению.»

Если опускать в трубе заслонку (повышая сопротивление), она будет мешать току воды, соответственно, сила течения (сила тока) снижается.

И наоборот, при поднятии заслонки (снижая сопротивление) мы видим увеличение силы тока.

Чем выше сопротивление — тем меньше сила тока, чем ниже сопротивление, тем выше сила тока.

Логично.

Как проявляется Закон Ома в Бизнесе

Ваша Сила Тока или ДВИЖЕНИЕ ВПЕРЕД — напрямую зависит от отношения ВАШЕГО ПОТЕНЦИАЛА к СОПРОТИВЛЕНИЮ (причем сопротивление состоит из 2 частей). R — это сопротивление внешних обстоятельств, вашего окружения, среды, людей.

Вспомните, часто ли вас поддерживали в ваших начинаниях?

Или чаще вы сталкивались с СОПРОТИВЛЕНИЕМ и не принятием ваших действий? r — это ваше внутреннее сопротивление. Да, ваше ЛИЧНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, лень, не желание выходить из ЗОНЫ КОМФОРТА!

И в зависимости от цифровых значений этих параметров — будет результат. Какой он будет в вашем случае? Что Сильнее ваш ПОТЕНЦИАЛ и ВАШЕ ЖЕЛАНИЕ ДВИГАТЬСЯ ВПЕРЕД или СУММА СОПРОТИВЛЕНИЙ?

Формула закона Ома для участка цепи

Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г.

+ +