2-й закон ома

Все виды законов Ома

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом совершил открытие и описал
эмпирический закон о соотношении между собой таких показателей как сила тока, напряжение и особенности проводника в цепи. Впоследствии, по имени ученого он стал называться закон Ома.

В дальнейшем выяснилось, что эти особенности не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Есть также внутреннее сопротивление (r), характерное для источника тока.

Закон Ома для участка цепи

Согласно обобщенному закону Ома для некоторого участка цепи, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Где U – напряжение концов участка,I– сила тока, R– сопротивление проводника.

Беря во внимание вышеприведенную формулу, есть возможность найти неизвестные значенияUиR, сделав несложные математические операции.

Данные выше формулы справедливы лишь когда сеть испытывает на себе одно сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока полной цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Замкнутая сеть имеет одновременно сопротивления внутреннего и внешнего характера. Поэтому формулы отношения будут уже другими.

Где E – электродвижущая сила (ЭДС), R- внешнее сопротивление источника, r-внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Замкнутая электрическая сеть содержит участки линейного и нелинейного характера. Участки, не имеющие источника тока и не зависящие от стороннего воздействия являются линейными, а участки, содержащие источник – нелинейными.

Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Где f1 – f2 – разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети

R – общее сопротивление нелинейного участка цепи

ЭДС нелинейного участка цепи бывает больше нуля или меньше. Если направление движения тока, идущего из источника с движением тока в электрической сети, совпадают, будет преобладать движение зарядов положительного характера и ЭДС будет положительная. В случае же совпадения направлений, в сети будет увеличено движение отрицательных зарядов, создаваемых ЭДС.

Закон Ома для переменного тока

При имеющейся в сети емкости или инертности, необходимо учитывать при проводимых вычислениях, что они выдают свое сопротивление, от действия которого ток приобретает переменный характер.

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

где Z – сопротивление по всей длине электрической сети. Его еще называют импеданс. Импеданс составляют сопротивления активного и реактивного характера.

Закон Ома не является основным научным законом, а лишь эмпирическим отношением, причем в некоторых условиях оно может не соблюдаться:

  • Когда сеть обладает высокой частотой, электромагнитное поле меняется с большой скоростью, и при расчетах необходимо учитывать инертность носителей заряда;
  • В условиях низкой температуры с веществами, которые обладают сверхпроводимостью;
  • Когда проводник сильно нагревается проходящим напряжением, отношение тока к напряжению становится переменным и может не соответствовать общему закону;
  • При нахождении под высоким напряжением проводника или диэлектрика;
  • В светодиодных лампах;
  • В полупроводниках и полупроводниковых приборах.
  • В свою очередь элементы и проводники, соблюдающие закон Ома, называются омическими.

    Закон Ома может дать объяснение некоторым явлениям природы. Например, когда мы видим птиц, сидящих на высоковольтных проводах, у нас возникает вопрос – почему на них не действует электрический ток? Объясняется это довольно просто. Птицы, сидя на проводах, представляют собой своеобразные проводники. Большая часть напряжения приходится на промежутки между птицами, а та доля, что приходится на сами «проводники» не представляет для них опасности.

    Но это правило работает лишь при единичном соприкосновении. Если птица заденет клювом или крылом провод или телеграфный столб, она неминуемо погибнет от огромного количества напряжения, которое несут в себе эти участки. Такие случаи происходят повсеместно. Поэтому в целях безопасности в некоторых населенных пунктах установлены специальные приспособления, защищающие птиц от опасного напряжения. На таких насестах птицы находятся в полной безопасности.

    Закон Ома также широко применятся на практике. Электричество смертельно опасно для человека при одном лишь касании к оголенному проводу. Но в некоторых случаях сопротивление человеческого тела может быть разным.

    Так, например, сухая и неповрежденная кожа обладает большим сопротивлением к воздействию электричества нежели рана или кожа, покрытая потом. В следствие переутомления, нервного напряжения и опьянения, даже при небольшом напряжении тока человек может получить сильный удар током.

    В среднем, сопротивление тела человека – 700 Ом, значит, для человека является безопасным напряжение в 35 В. Работая с большим напряжением, специалисты используют специальные средства защиты.

    infoelectrik.ru

    Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.

    Появление смартфонов, гаджетов, бытовых приборов и прочей электротехники коренным образом изменило облик современного человека. Приложены огромные усилия, направленные на исследование физических закономерностей для улучшения старой и создания новой техники. Одной из таких зависимостей является закон Ома.

    Закон Ома – полученный экспериментальным путём (эмпирический) закон, который устанавливает связь силы тока в проводнике с напряжением на концах проводника и его сопротивлением, был открыт в 1826 году немецким физиком-экспериментатором Георгом Омом.

    Строгая формулировка закона Ома может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

    Формула закона Ома записывается в следующем виде:

    U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];

    Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза

    И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.

    Рассмотрим простейший случай применения закона Ома. Пусть дан некоторый проводник сопротивлением 3 Ом под напряжением 12 В. Тогда, по определению закона Ома, по данному проводнику течет ток равный:

    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.

    Где и когда можно применять закон Ома?

    Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).

    Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.

    Значение Закона Ома

    Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.

    Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.

    Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.

    Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:

    Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

    zakon-oma.ru

    Закон Ома для участка цепи

    Скажу сразу, что закон Ома – основной закон электротехники и применяется для расчета таких величин, как: ток, напряжение и сопротивление в цепи.

    Рассмотрим электрическую цепь, приведенную на рисунке 1.

    Рисунок 1. Простейшая цепь, поясняющея закон Ома.

    Мы знаем, что электрический ток, то есть поток электронов, возникает в цепи между двумя точками (на рисунке А и Б) с разными потенциалами. Тогда следует считать, что чем больше разность потенциалов, тем большее количество электронов переместятся из точки с низким потенциалом (Б) в точку с высоким потенциалом (А). Количественно ток выражается суммой зарядов прошедших через заданную точку и увеличение разности потенциалов, то есть приложенного напряжения к резистору R, приведет к увеличению тока через резистор.

    С другой стороны сопротивление резистора противодействует электрическому току. Тогда следует сказать, что чем больше сопротивление резистора, тем меньше будет средняя скорость электронов в цепи, а это ведет к уменьшению тока через резистор.

    Совокупность двух этих зависимостей (тока от напряжения и сопротивления) известна как закон Ома для участка цепи и записывается в следующем виде:

    I=U/R

    Это выражение читается следующим образом: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

    Следует знать что:

    I – величина тока, протекающего через участок цепи;

    U – величина приложенного напряжения к участку цепи;

    R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.

    При помощи закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи (рисунок 1), либо напряжение на входных зажимах цепи (рисунок 2).

    Рисунок 2. Последовательная цепь, поясняющая расчет напряжения на зажимах цепи.

    В этом случае формула (1) примет следующий вид:

    U = I *R

    Но при этом необходимо знать ток и сопротивление участка цепи.

    Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяющий рассчитать сопротивление участка цепи по известным значениям тока и напряжения имеет следующий вид:

    R =U/I

    Как запомнить закон Ома: маленькая хитрость!

    Для того, что бы быстро переводить соотношение, которое называется закон Ома, не путаться, когда необходимо делить, а когда умножать входящие в формулу закона Ома величины, поступайте следующим образом. Напишите на листе бумаги величины, которые входят в закон Ома, так как показано на рисунке 3.

    Рисунок 3. Как запомнить закон Ома.

    Теперь закройте пальцем, ту величину, которую необходимо найти. Тогда относительное расположение оставшихся незакрытыми величин подскажет, какое действие необходимо совершить для вычисления неизвестной величины.

    ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

    www.sxemotehnika.ru

    2-й закон ома

    Автор: Зайнуллина Асма Шамиловна

    Организация: МБОУ ОСОШ 142

    Населенный пункт: Республика Башкортостан, г. Уфа

    Цель: 1) Образовательная. Ознакомить учащихся методами познания природы, процессом выявления истины. Установить зависимость силы тока от напряжения и сопротивления, знать закон Ома для участка цепи.

    2) Развивать познавательный интерес учащихся, логическое мышление, умения анализировать и обобщать. Уметь решать задачи на применение закона Ома.

    3) Воспитание активности в учебной деятельности, осуществление сотрудничества и взаимоконтроля.

    Оборудование: интерактивная доска, проектор, ноутбук, источники тока, амперметры, вольтметры, резисторы, ключи, провода.

    1. Вступительное слово учителя

    Тема сегодняшнего урока «Закон Ома для участка цепи».

    Мы изучаем физические законы, рассматриваем связи между величинами, характеризующими различные явления.

    Но как и кем открыты эти законы, задумывались ли вы?

    Открытия совершаются по-разному, где-то есть элемент случайности, ученый проводит эксперимент, чтобы исследовать какое-либо явление, а открывает совсем другое. Архимед открыл свой закон в бане, даже во сне совершаются открытия. Но, давайте, подумаем над эпиграфом нашего урока. «Счастливая случайность выпадает лишь на долю подготовленных умов» — это слова датского биолога Луи Пастера. Под счастливой случайностью подразумевается открытие, постижение истины, якобы произошедшее случайно.

    А как понять – «подготовленный ум»? Подготовленный ум у того, кто обладает запасом знаний, в пустой голове мысль не рождается, кто умеет думать, сравнивать, анализировать, из разрозненных фактов делает общие выводы. Думающий человек замечает то, что другие не замечают, умеет задавать вопросы «почему», то есть ставит проблему. Мы сегодня будем открывать для себя новое, но это произойдет не случайно, а по плану:

    А) Проблема — выявим вопрос на который пока не можем ответить.

    Б) Гипотеза — сделаем предположение о возможном решении этой проблемы, о возможной зависимости величин, обоснованное на ранее полученных знаниях.

    В) Эксперимент — проведем опыт, который подтвердит или опровергнет нашу гипотезу.

    www.pedopyt.ru

    Закон Ома является одним из основных при описаниях, расчетах и эксплуатации электрических систем. Обобщенный закон Ома связывает воедино основные параметры электрических цепей и устанавливает соотношения между ними. Любая цепь характеризуется наличием источника питания с его ЭДС (электродвижущей силой) и нагрузкой, имеющей сопротивление. В замкнутой цепи протекает ток, значение которого и определяется вышеупомянутым законом.

    Простейшая электрическая цепь

    Закон Ома для замкнутой цепи гласит, что значение силы тока, который протекает в электрической цепи, имеет обратно пропорциональную зависимость в отношении сопротивления нагрузки и прямую в отношении приложенного напряжения. Это краткая формулировка, но она полностью отображает суть закона.

    Зависимость между напряжением и протекающим током описал и сформулировал еще в первой половине 19-го века известный ученый из Германии Георг Симон Ом. В честь него и был названа, пожалуй, самая известная зависимость параметров в электротехнике. Во время жизни Ома определение сопротивления не было известно, резистор как элемент не существовал, поэтому в формуле Георгом Омом были введены длина проводника и некий коэффициент, характеризующий его материал, можно сказать, прообраз удельного сопротивления.

    По прошествии времени формулировка закона Ома несколько раз уточнялась, пока не была оставлена в том состоянии, в котором существует в настоящий момент. Сопротивление условились измерять в Омах, в честь открывателя.

    Для расчета можно воспользоваться простейшей иллюстрацией, в которой используется графический треугольник.

    Мнемонический треугольник для расчета i u r

    Две формулировки

    Во всей учебной и популярной литературе встречаются две трактовки закона: для полной цепи и, как частный случай, для ее участка. В них нет принципиальных различий. Закон Ома для участка цепи является частным случаем при некоторых условиях.

    Итак, что такое закон Ома для полной цепи? Формула имеет вид:

    r, R – сопротивления: внутреннее (собственное) источника питания и, соответственно, нагрузки;

    ε – ЭДС источника напряжения.

    Иллюстрация для полной цепи

    Формула для участка имеет немного иной вид:

    • R – сопротивление участка,
    • U – разность потенциалов на его концах (падение напряжения).
    • Из сравнения выражений становится ясно, что встречающаяся формулировка «закон Ома для участка цепи с ЭДС» не имеет смысла, поскольку электродвижущая сила является характеристикой источника питания, а не разности потенциалов на участке.

      Почему в формуле фигурирует значение ЭДС, а не напряжение, и что означает внутреннее сопротивление? Простыми словами, источники питания не идеальны и обладают собственным сопротивлением, которое тем меньше, чем лучше параметры источника. В том случае, когда данная величина источника на несколько порядков меньше, чем у нагрузки, им можно пренебречь, и напряжение становится численно равным ЭДС. В слаботочных цепях так обычно и происходит. Другое дело, когда сопротивление источника соизмеримо с нагрузкой. Тогда протекающий ток вызовет внутри источника некоторое падение напряжения, которое будет вычитаться из значения ЭДС, в результате напряжение источника станет меньше, чем его электродвижущая сила.

      С данным явлением знакомы владельцы автомобилей со старой аккумуляторной батареей. С возрастом у аккумуляторов, кроме падения емкости, наблюдается рост внутренней нагрузки. При выключенном замке зажигания напряжение, измеренное на клеммах аккумуляторной батареи, равно ее ЭДС (порядка 12В). При включении стартера сила тока на участке цепи составляет сотни ампер, напряжение на участке цепи – на клеммах аккумулятора падает до 9 и менее вольт.

      Недостающие 3В остались на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Это объемное сопротивление пластин, электролита, соединительных клемм между отдельными банками. Применяя для расчета закон Ома для участка цепи, можно такое явление назвать просадкой. Оно характерно для старых аккумуляторов, особенно в холодное время года, когда внутренняя нагрузка аккумулятора максимальна. Чтобы снизить просадку, согласно закону Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, требуется снизить потребляемую стартером мощность, а это значит нужно уменьшить потери на трение, то есть прогреть масло в картере двигателя и выжать сцепление, чтобы двигатель не прокручивал холодное масло в КПП. На самом деле в приведенном примере происходят гораздо более сложные процессы, но в первом приближении это верно.

      Важную роль внутреннее сопротивление играет при передаче напряжения по линиям электропередач. Для конечного потребителя его доставляют провода ЛЭП. Чтобы уменьшить падение напряжения на проводах, нужно или увеличивать их сечение, или уменьшать протекающий через них ток.

      Увеличение сечения вызывает рост массы и стоимости, поэтому применяют снижение тока. Имея одинаковую мощность нагрузки, это можно сделать только одним способом – повышением напряжения. Правильность данного решения легко проверить, применяя закон Ома для однородного участка цепи и определив, сколько вольт падает при разных значениях тока. Именно это обусловило абсолютное преимущество применения переменного тока, поскольку его преобразование легко решается при помощи трансформаторов.

      2-й закон Ома существует для тех примеров, когда источник напряжения по характеристикам приближен к идеальному, и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, или если требуется определить разницу потенциалов (падение напряжения) на нагрузке (резисторе). Второй закон позволяет сделать расчеты проще, чем первый.

      Определение падения напряжения на нагрузке

      Переменный ток

      Справедлив обобщенный закон Ома не только для постоянного тока, но также и для переменного. При условии наличия только активной нагрузки – резистора нет никакой разницы со схемами с постоянным током, поэтому при расчетах можно использовать тот же треугольник I U R. Иная ситуация наблюдается с реактивными элементами – емкостями и катушками индуктивности. Тогда закон Ома для участка цепи используется в комплексном виде и в качестве нагрузки участвует комплексное значение – электрический импеданс, поскольку требуется учитывать фазовые соотношения между напряжением источника питания, падением на элементах схемы и протекающим током.

      Ограничения в применении

      Каким бы ни был универсальным закон Ома для замкнутой цепи, в некоторых случаях он неприменим:

    • При изменении температуры проводников протекающим через них током;
    • Для материалов и веществ, являющихся сверхпроводниками;
    • При сверхвысоких частотах, при которых скорость колебаний напряженности поля соизмерима с инерционными характеристиками носителей электрического заряда;
    • При возможном скачкообразном изменении свойств проводника под действием приложенного напряжения (электрический пробой газового промежутка);
    • В электровакуумных и газонаполненных электронных лампах;
    • В полупроводниковых веществах и приборах с p-n-переходами.
    • На некоторых пунктах можно остановиться подробнее.

      Нагрев проводников приводит к изменению его характеристик. Это явление следует учитывать при значительных величинах зависимости сопротивления от температуры. Классический пример – лампа накаливания. При прохождении тока сопротивление на участке цепи (нити накаливания) изменяется в несколько раз. Получается, что измерив омметром параметры лампы, можно определить значение тока при включении лампы в сеть. Но далее нить начинает разогреваться, и сопротивление ее растет. Таким образом, вычисленное значение уже не будет соответствовать действительности.

      В данном примере закон Ома применим только в случае установившегося режима.

      Именно по причине малого сопротивления холодной вольфрамовой нити подавляющее число отказов ламп накаливания происходит в момент включения. Этот эффект используется в электронных стабилизаторах тока – бареттерах, которые были популярны до наступления эры полупроводников и еще используются в некоторых областях в настоящее время.

      Сверхпроводимость

      Некоторые вещества имеют свойство при охлаждении до некоторой критической температуры перехода – скачкообразно уменьшать сопротивление. После этого обобщенный закон Ома в классическом представлении теряет смысл, поскольку цепь входит в так называемый режим короткого замыкания, при котором сила тока ограничивается только сопротивлением источника напряжения.

      Инерционность переноса заряда

      Реальная скорость переноса отрицательных зарядов в проводящей среде достаточно невелика. Просто начало их движения возможно под действием электромагнитного поля, которое распространяется со скоростью света. Однако, как и все материальные частицы, электроны обладают массой, а, следовательно, некоторой инерционностью. Таким образом, при высоких скоростях изменения электромагнитного поля носители заряда будут не в состоянии мгновенно реагировать на его изменения, и закон Ома для замкнутой цепи становится неприменим.

      Воздушный промежуток, находящийся между разнополярными электродами, обладает высоким сопротивлением, но при повышении напряжения возникает момент, когда происходит искровой пробой, и сопротивление между электродами падает почти мгновенно.

      Электронные лампы

      Ток эмиссии в вакуумных лампах и тлеющий или дуговой разряд в газонаполненных имеет ярко выраженную нелинейную зависимость от приложенного напряжения, то есть, грубо говоря, сопротивление между электродами зависит от разности потенциалов.

      Полупроводники

      Подобно электронным лампам, полупроводниковые вещества также имеют зависимость внутреннего сопротивления от приложенного напряжения. При контакте полупроводников разных типов проводимости (n- и p-полупроводники) наблюдается зависимость параметров p-n-перехода от полярности питания. Данное свойство является основным в диодах и транзисторах . Зависимость силы протекающего тока от приложенного напряжения для прямой и обратной полярностей p-n перехода имеет ярко выраженную нелинейность.

      Данное свойство используется в варисторах, полупроводниковых приборах, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

      Вольт-амперная характеристика диода

      elquanta.ru