Непознаването на закона не е извинение.
Афоризъм

Интересно какви закони ще бъдат обсъдени в урок номер три. Наистина ли има цяла планина или дори куп от тези закони в електротехниката и всички те трябва да бъдат запомнени? Сега ще разберем. Здравей, скъпа! Вероятно мнозина от вас вече гледат следващия урок с досада в очите си и си мислят: „Какво скучно нещо!“, Или може би дори ще напуснат нашите редици? Не бързайте, всичко тепърва започва! Първи етапвинаги скучно ... От този урок ще излязат всички най-интересни неща. Днес ще ви кажа кой е приятел в електротехниката и кой е враг, какво ще се случи, ако събудите студент по електроника посред нощ и как да разберете половината от цялата електротехника с един пръст. Интересно? Тогава да вървим!

Срещнахме първия си приятел в последния урок - това е силата на течението. Той характеризира електричеството по отношение на скоростта на пренасяне на заряда от една точка на пространството в друга под действието на поле. Но, както беше отбелязано, силата на тока зависи и от свойствата на проводника, през който този ток "тече". Големината на електрическата проводимост на материала пряко влияе върху силата на тока. Сега нека си представим определен проводник (подходящ като на фигура 3) с електрони, движещи се в него. Основният недостатък на електрона бих нарекъл липсата на волан. Поради този недостатък движението на електроните се определя само от действащото върху тях поле и структурата на материала, в който се движат.

Тъй като електроните "не могат" да се въртят, някои от тях могат да се сблъскат с възли, които вибрират под въздействието на температурата. кристална решетка, губи скоростта си от сблъсъка и по този начин намалява скоростта на пренос на заряда, тоест намалява силата на тока. Някои електрони могат да загубят толкова много енергия, че да се „залепят“ за йон и да го превърнат в неутрален атом. Сега, ако увеличим дължината на проводника, очевидно е, че броят на такива сблъсъци също ще се увеличи и електроните ще отделят още повече енергия, тоест силата на тока ще намалее. Но с увеличаване на площта на напречното сечение на проводника се увеличава само броят на свободните електрони, а броят на сблъсъците на единица площ остава практически непроменен, следователно, с увеличаване на площта, токът също се увеличава. И така, разбрахме, че електрическата проводимост (тя вече не е специфична, тъй като отчита геометричните размери на конкретен проводник) зависи непосредствено от три характеристики на проводника: дължина, площ на напречното сечение и материал.

Въпреки това, отколкото по-добър материалпровежда електрически ток, толкова по-малко се "съпротивлява" на преминаването му. Тези твърдения са еквивалентни. Време е да се запознаем с нашия втори приятел - електрическото съпротивление. Това е реципрочната стойност на проводимостта и зависи от същите характеристики на проводника.

Фигура 3.1 - Какво определя съпротивлението на проводника

За да се вземе предвид влиянието на вида на веществото върху неговото електрическо съпротивление при числени изчисления, се въвежда стойността на специфичното електрическо съпротивление, което характеризира способността на веществото да провежда електрически ток. Имайте предвид, че дефинициите за електрическа проводимост и електрическо съпротивление са идентични, както и твърденията по-горе. Съпротивлението се определя като съпротивление на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение 1 m 2. Означава се с латинската буква ρ („ro“) и има размерността на ом м. Ом е единица за съпротивление, която е реципрочната на Сименс. Също така, за определяне на съпротивлението може да се използва размерът на Ohm mm 2 / m, който е милион пъти по-малък от основния размер.
По този начин електрическото съпротивление на проводник може да се опише по отношение на неговите геометрични и физични свойствапо следния начин:

където ρ е специфичното електрическо съпротивление на материала на проводника;
l е дължината на проводника;
S е площта на напречното сечение на проводника.

От зависимостта се вижда, че съпротивлението на проводника се увеличава с увеличаване на дължината на проводника и намалява с увеличаване на площта на напречното сечение, а също така пряко зависи от стойността на съпротивлението на материала.

И сега не забравяйте, че големината на тока в проводника се влияе от интензитета електрическо поле, който генерира електрически ток. О, колко милиони хиляди пъти вече беше споменато, че под въздействието на електрическо поле възниква електрически ток! Този факт трябва винаги да се има предвид. Има, разбира се, и други начини за създаване на ток, но засега ще разгледаме само този. Както бе споменато по-горе, увеличаването на силата на полето води до увеличаване на тока и наскоро открихме, че колкото повече енергия задържа един електрон, когато се движи по проводник, толкова по-висока е стойността на електрическия ток. От курса на механиката е известно, че енергията на тялото се определя от неговата кинетична и потенциална енергия. И така, точковият заряд, поставен в електрическо поле, има в началния момент само потенциална енергия (тъй като скоростта му е нула). За да се характеризира тази потенциална енергия на полето, която има зарядът, е въведена стойността на електростатичния потенциал, равна на отношението на потенциалната енергия към стойността на точковия заряд:

където W p е потенциалната енергия,
q е стойността на точковия заряд.

След като зарядът попадне под действието на електрическо поле, той ще започне да се движи с определена скорост и част от потенциалната му енергия ще се превърне в кинетична. По този начин в две точки на полето зарядът ще има различна стойност на потенциалната енергия, т.е. две точки на полето могат да се характеризират с различни стойности на потенциала. Потенциалната разлика се определя като съотношението на промяната в потенциалната енергия (перфектната работа на полето) към стойността на точковия заряд:

Освен това работата на полето не зависи от пътя на движение на заряда и характеризира само величината на промяната в потенциалната енергия. Потенциалната разлика се нарича още електрическо напрежение. Напрежението обикновено се обозначава английско писмо U ("y"), единицата за напрежение е стойността волт (V), кръстен на италианския физик и физиолог Алесандро Волта, изобретил първата електрическа батерия.

Е, срещнахме трима неразделни приятели в електротехниката: ампер, волт и ом или ток, напрежение и съпротивление. Всеки компонент на електрическа верига може недвусмислено да се характеризира с тези три електрически характеристики. Първият, който се срещна и стана приятел с тримата наведнъж, беше Георг Ом, който откри, че напрежението, токът и съпротивлението са свързани помежду си с определено съотношение:

който по-късно е наречен закон на Ом.

Силата на електрическия ток в проводника е право пропорционална на напрежението в краищата на проводника и обратно пропорционална на съпротивлението на проводника.

Тази формулировка трябва да се познава от главната буква С до точката в края. Говори се, че първата фраза на всеки студент по електроника, събуден посред нощ, ще бъде точно формулировката на закона на Ом. Това е един от основните закони на електротехниката. Тази формулировка се нарича интегрална. В допълнение към него има и диференциална формулировка, която отразява зависимостта на плътността на тока от характеристиките на полето и материала на проводника:

където σ е проводимостта на проводника,
E е напрегнатостта на електрическото поле.

Тази формулировка следва от формулата, дадена във втория урок, и се различава от интегралната по това, че не отчита геометричните характеристики на проводника, като взема предвид само неговите физически характеристики. Тази формулировка е интересна само от гледна точка на теорията и не се прилага на практика.
За бързо запаметяванеи използвайки закона на Ом, можете да приложите диаграмата, показана на фигурата по-долу.

Фигура 3.2 - "Триъгълният" закон на Ом

Правилото за използване на диаграмата е просто: достатъчно е да затворите желаната стойност и два други символа ще дадат формула за нейното изчисляване. Например.

Фигура 3.3 - Как да запомните закона на Ом

Готови сме с триъгълника. Струва си да се добави, че само една от горните формули се нарича закон на Ом - тази, която отразява зависимостта на тока от напрежението и съпротивлението. Другите две формули, въпреки че са следствие от нея, физически смисълНямам. Така че не се бъркайте!
Добрата интерпретация на закона на Ом е чертеж, който най-ясно отразява същността на този закон:

Фигура 3.4 - Законът на Ом ясно

Както виждаме, тази фигура показва само трима от нашите нови приятели: Ом, Ампер и Волт. Волт се опитва да прокара Ампер през секцията на проводника (силата на тока е право пропорционална на напрежението), а Ом, напротив, пречи на това (и е обратно пропорционална на съпротивлението). И колкото повече Ом "дърпа" проводника, толкова по-трудно ще бъде изкачването на Ампер. Но ако Волт рита по-силно...

Остава да разберем защо в заглавието на урока стои терминът "много закони", защото имаме един закон - закона на Ом. Е, първо, има две формулировки за това, второ, ние научихме само така наречения закон на Ом за участък от веригата, а има и закон на Ом за пълна верига, който ще разгледаме в следващия урок, трето, ние има поне две следствия от закона на Ом, което ви позволява да намерите стойността на съпротивлението на даден участък от веригата и напрежението в този участък. Така че има само един закон, но той може да се използва по различни начини.

Накрая ще ви кажа още нещо интересен факт. 10 години след появата на закона на Ом, френски физик (а работата на Ом все още не беше известна във Франция) стигна до същите заключения въз основа на експерименти. Но му беше посочено, че установеният от него закон през 1827 г. е открит от Ом. Оказва се, че френските ученици все още изучават закона на Ом под друго име - за тях това е законът на Пулие. Това е. Това завършва още един урок. Ще се видим скоро!

• Всеки участък или елемент от електрическа верига може да бъде недвусмислено характеризиран с помощта на три характеристики: ток, напрежение и съпротивление.
• Съпротивление (R)- характеристика на проводника, отразяваща степента на неговата електропроводимост и зависеща от геометричните размери на проводника и вида на материала, от който е направен.
• Напрежение (U)- същото като потенциалната разлика; стойност, равна на отношението на работата на електрическото поле за преместване на точков заряд от една точка в пространството в друга.
• Токът, напрежението и съпротивлението са свързани помежду си чрез съотношението I = U / R, наречено закон на Ом (силата на електрическия ток в проводника е право пропорционална на напрежението в краищата на проводника и обратно пропорционална на съпротивлението на проводника ).

А също и пъзели:

• Ако дължината на проводника се удвои чрез разтягане, как ще се промени съпротивлението му?
• Кой проводник оказва по-голямо съпротивление: твърд меден прът или медна тръба с външен диаметър, равен на диаметъра на пръта?
• Потенциалната разлика в краищата на алуминиевия проводник е 10V. Определете плътността на тока, протичащ през проводника, ако неговата дължина е 3 m.

Големината на ефекта, който токът може да има върху проводника, зависи дали е термичен, химичен или магнитен ефект на тока. Тоест, като регулирате силата на тока, можете да контролирате ефекта му. Електрическият ток от своя страна е подредено движение на частици под въздействието на електрическо поле.

Зависимост на тока и напрежението

Очевидно е, че колкото по-силно е полето, което действа върху частиците, толкова по-голям е токът във веригата. Електрическото поле се характеризира с величина, наречена напрежение. Следователно заключаваме, че силата на тока зависи от напрежението.

Всъщност беше възможно да се установи емпирично, че силата на тока е право пропорционална на напрежението. В случаите, когато напрежението във веригата се променя, без да се променят всички други параметри, токът се увеличава или намалява със същата стойност, с която се променя напрежението.

Връзка със съпротивата

Всяка верига или част от верига обаче се характеризира с друга важна стойност, наречена съпротивление на електрически ток. Съпротивлението е обратно пропорционално на тока. Ако стойността на съпротивлението се промени във всяка секция на веригата, без да се промени напрежението в краищата на тази секция, силата на тока също ще се промени. Освен това, ако намалим стойността на съпротивлението, силата на тока ще се увеличи със същото количество. Обратно, с увеличаване на съпротивлението токът намалява пропорционално.

Формула на закона на Ом за участък от верига

Сравнявайки тези две зависимости, може да се стигне до същото заключение, до което е достигнал немският учен Георг Ом през 1827 г. Той свързва трите по-горе физични величинии изведе закон, който е кръстен на него. Законът на Ом за част от верига гласи:

Силата на тока във веригата е право пропорционална на напрежението в краищата на тази секция и обратно пропорционална на нейното съпротивление.

където I е текущата сила,
U - напрежение,
R е съпротивление.

Приложение на закона на Ом

Законът на Ом е един от фундаментални закони на физиката. Откриването му по едно време направи възможно да се направи огромен скок в науката. Понастоящем е невъзможно да си представим най-елементарното изчисление на основните електрически величини за всяка верига без използването на закона на Ом. Идеята на този закон не е притежание на изключително електронни инженери, а необходима част от основните познания на всеки повече или по-малко образован човек. Нищо чудно, че има поговорка: "Ако не знаете закона на Ом, останете си вкъщи."

U=IRи R=U/I

Вярно е, че трябва да се разбере, че в сглобената верига стойността на съпротивлението на определен участък от веригата е постоянна стойност, следователно, когато силата на тока се промени, само напрежението ще се промени и обратно. За да промените съпротивлението на част от веригата, веригата трябва да се сглоби отново. Изчисляването на необходимата стойност на съпротивлението по време на проектирането и сглобяването на веригата може да се извърши съгласно закона на Ом, въз основа на прогнозните стойности на тока и напрежението, които ще преминат през този участък от веригата.

Основният закон на електротехниката, с който можете да изучавате и изчислявате електрически вериги, е законът на Ом, който установява връзката между ток, напрежение и съпротивление. Необходимо е ясно да се разбере неговата същност и да може да се използва правилно при решаване на практически проблеми. Често се допускат грешки в електротехниката поради невъзможността да се приложи правилно законът на Ом.

Законът на Ом за участък от верига гласи, че токът е право пропорционален на напрежението и обратно пропорционален на съпротивлението.

Ако напрежението, действащо в електрическа верига, се увеличи няколко пъти, токът в тази верига ще се увеличи със същото количество. И ако увеличите съпротивлението на веригата няколко пъти, токът ще намалее със същото количество. По същия начин потокът вода в тръбата е толкова по-голям, колкото по-голямо е налягането и колкото по-малко съпротивление оказва тръбата на движението на водата.

В популярна форма този закон може да се формулира по следния начин: колкото по-високо е напрежението за същото съпротивление, толкова по-голям е токът и в същото време колкото по-високо е съпротивлението за същото напрежение, толкова по-малък е токът.

За да изразите закона на Ом математически най-просто, помислете за това съпротивлението на проводник, в който протича ток от 1 А при напрежение 1 V, е 1 ом.

Токът в ампери винаги може да се определи чрез разделяне на напрежението във волтове на съпротивлението в омове. Ето защо Закон на Ом за участък от веригасе записва по следната формула:

I = U/R.

магически триъгълник

Всеки участък или елемент от електрическа верига може да се характеризира с помощта на три характеристики: ток, напрежение и съпротивление.

Как да използвате триъгълника на Ом:затворете желаната стойност - другите два знака ще дадат формула за нейното изчисляване. Между другото, само една формула от триъгълник се нарича закон на Ом - тази, която отразява зависимостта на тока от напрежението и съпротивлението. Другите две формули, въпреки че са негово следствие, нямат физически смисъл.

Изчисленията по закона на Ом за секция от верига ще бъдат правилни, когато напрежението е изразено във волтове, съпротивлението в омове и токът в ампери. Ако се използват множество единици от тези количества (например милиампери, миливолти, мегаоми и т.н.), тогава те трябва да бъдат преобразувани съответно в ампери, волтове и омове. За да се подчертае това, понякога формулата за закона на Ом за част от веригата се записва така:

ампер = волт/ом

Можете също да изчислите тока в милиампери и микроампери, докато напрежението трябва да бъде изразено във волтове, а съпротивлението съответно в килооми и мегаоми.

Други статии за електричеството в проста и достъпна презентация:

Законът на Ом е валиден за всеки участък от веригата. Ако е необходимо да се определи токът в даден участък от веригата, тогава е необходимо напрежението, действащо върху този участък (фиг. 1), да се раздели на съпротивлението на този конкретен участък.

Фигура 1. Приложение на закона на Ом за участък от верига

Нека дадем пример за изчисляване на тока според закона на Ом. Нека се изисква да се определи тока в лампа със съпротивление от 2,5 ома, ако напрежението, приложено към лампата, е 5 V. Разделяйки 5 V на 2,5 ома, получаваме стойността на тока, равна на 2 A. Във втория пример , определяме тока, който ще протича под действието на напрежение от 500 V във верига, чието съпротивление е 0,5 MΩ. За да направим това, ние изразяваме съпротивлението в ома. Разделяйки 500 V на 500 000 ома, намираме стойността на тока във веригата, която е равна на 0,001 A или 1 mA.

Често, знаейки тока и съпротивлението, напрежението се определя с помощта на закона на Ом. Нека напишем формулата за определяне на напрежението

U=IR

От тази формула се вижда, че напрежението в краищата на даден участък от веригата е право пропорционално на тока и съпротивлението. Значението на тази зависимост не е трудно да се разбере. Ако не промените съпротивлението на секцията на веригата, тогава можете да увеличите тока само чрез увеличаване на напрежението. Това означава, че при постоянно съпротивление повече ток съответства на повече напрежение. Ако е необходимо да се получи същия ток при различни съпротивления, тогава при по-голямо съпротивление трябва да има съответно по-голямо напрежение.

Напрежението в секция от верига често се нарича спад на волтажа. Това често води до неразбиране. Много хора смятат, че спадът на напрежението е някакъв вид изгубено ненужно напрежение. Всъщност понятията напрежение и спад на напрежението са еквивалентни.

Изчисляването на напрежението с помощта на закона на Ом може да бъде показано в следния пример. Нека ток от 5 mA преминава през участък от верига със съпротивление 10 kΩ и е необходимо да се определи напрежението в този участък.

Умножаване I \u003d 0,005 A при R -10000 ома, получаваме напрежение, равно на 5 0 V. Можем да получим същия резултат, като умножим 5 mA по 10 kOhm: U \u003d 50 V

В електронните устройства токът обикновено се изразява в милиампери, а съпротивлението в килооми. Следователно е удобно да се използват тези мерни единици при изчисления съгласно закона на Ом.

Съгласно закона на Ом съпротивлението също се изчислява, ако напрежението и токът са известни. Формулата за този случай се записва по следния начин: R = U/I.

Съпротивлението винаги е съотношението на напрежението към тока.Ако напрежението се увеличи или намали няколко пъти, токът ще се увеличи или намали със същия брой пъти. Съотношението на напрежението към тока, равно на съпротивлението, остава непроменено.

Формулата за определяне на съпротивлението не трябва да се разбира в смисъл, че съпротивлението на даден проводник зависи от изтичането и напрежението. Известно е, че зависи от дължината, площта на напречното сечение и материала на проводника. На външен вид формулата за определяне на съпротивлението прилича на формулата за изчисляване на тока, но има фундаментална разлика между тях.

Токът в даден участък от веригата наистина зависи от напрежението и съпротивлението и се променя, когато се променят. И съпротивлението на даден участък от веригата е постоянна стойност, независима от промените в напрежението и тока, но равна на съотношението на тези количества.

Когато един и същ ток протича в две секции на веригата и приложените към тях напрежения са различни, ясно е, че секцията, към която е приложено по-голямо напрежение, има съответно по-голямо съпротивление.

И ако под въздействието на едно и също напрежение различен ток преминава в две различни секции на веригата, тогава по-малък ток винаги ще бъде в тази секция, която има по-голямо съпротивление. Всичко това следва от основната формулировка на закона на Ом за участък от веригата, т.е. от факта, че токът е по-голям, толкова по-голямо е напрежението и по-ниско съпротивление.

Ще покажем изчисляването на съпротивлението, използвайки закона на Ом за участък от веригата в следващия пример. Нека се изисква да се намери съпротивлението на участъка, през който при напрежение 40 V преминава ток 50 mA. Изразявайки тока в ампери, получаваме I \u003d 0,05 A. Разделете 40 на 0,05 и установете, че съпротивлението е 800 ома.

Законът на Ом може да се визуализира под формата на т.нар волт-амперна характеристика. Както знаете, права пропорционална връзка между две количества е права линия, минаваща през началото. Такава зависимост се нарича линейна.

На фиг. 2 показва като пример графика на закона на Ом за участък от верига със съпротивление 100 ома. Хоризонталната ос е напрежението във волтове, а вертикалната ос е токът в ампери. Скалата на тока и напрежението може да бъде избрана по ваше желание. Начертава се права линия, така че за всяка точка от нея съотношението на напрежението към тока да е 100 ома. Например, ако U \u003d 50 V, тогава I \u003d 0,5 A и R = 50: 0,5 \u003d 100 ома.

Ориз. 2. Закон на Ом (характеристика на напрежението)

Графиката на закона на Ом за отрицателни стойности на тока и напрежението има същата форма. Това означава, че токът във веригата тече еднакво и в двете посоки. Колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-малък ток се получава при дадено напрежение и толкова по-плоска става правата линия.

Устройства, в които характеристиката ток-напрежение е права линия, минаваща през началото, т.е. съпротивлението остава постоянно, когато напрежението или токът се променят, се наричат линейни инструменти. Използват се и термините линейни вериги, линейни съпротивления.

Има и устройства, в които съпротивлението се променя с промяна на напрежението или тока. Тогава връзката между тока и напрежението се изразява не според закона на Ом, а по-сложно. За такива устройства характеристиката ток-напрежение няма да бъде права линия, минаваща през началото, а е или крива, или начупена линия. Тези устройства се наричат ​​нелинейни.

Мнемонична диаграма за закона на Ом

Законът на Ом за участък от веригата е закон, получен експериментално (емпирично), който установява връзка между силата на тока в участък от веригата и напрежението в краищата на този участък и неговото съпротивление. Строгата формулировка на закона на Ом за участък от веригата е написана, както следва: силата на тока във веригата е право пропорционална на напрежението в нейната секция и обратно пропорционална на съпротивлението на тази секция.

Формулата на закона на Ом за секция на веригата се записва, както следва:

I - сила на тока в проводника [A];

U- електрическо напрежение(потенциална разлика) [V];

R е електрическото съпротивление (или просто съпротивление) на проводника [Ohm].

Исторически, съпротивлението R в закона на Ом за секция на веригата се счита за основна характеристика на проводник, тъй като зависи единствено от параметрите на този проводник. Трябва да се отбележи, че законът на Ом в споменатата форма е валиден за метали и разтвори (стопилки) на електролити и само за онези вериги, където няма реален източник на ток или източникът на ток е идеален. Идеален източник на ток е този, който няма собствено (вътрешно) съпротивление. Повече информация за закона на Ом, приложен към верига с източник на ток, можете да намерите в нашата статия. Съгласни сме да разглеждаме положителната посока отляво надясно (вижте фигурата по-долу). Тогава напрежението в секцията е равно на потенциалната разлика.

φ 1 - потенциал в точка 1 (в началото на секцията);

φ 2 - потенциал в точка 2 (и края на секцията).

Ако условието φ 1 > φ 2 е изпълнено, тогава напрежението U > 0. Следователно линиите на напрежение в проводника са насочени от точка 1 към точка 2 и следователно токът протича в тази посока. Именно тази посока на тока ще считаме за положителна I > O.

Обмисли най-простият примеропределяне на съпротивлението в участък от веригата с помощта на закона на Ом. В резултат на експеримент с електрическа верига показва амперметър (устройство, което показва силата на тока) и волтметър. Необходимо е да се определи съпротивлението на секцията на веригата.

По дефиниция на закона на Ом за участък от верига

Когато изучават закона на Ом за участък от верига в 8-ми клас на училище, учителите често задават на учениците следните въпроси, за да затвърдят обхванатия материал:

Между кои количества установява връзка законът на Ом за участък от веригата?

Правилен отговор: между ток [I], напрежение [U] и съпротивление [R].

Защо токът зависи от напрежението?

Правилен отговор: Съпротивление

Как силата на тока зависи от напрежението на проводника?

Правилен отговор: Право пропорционална

Как токът зависи от съпротивлението?

Правилен отговор: обратно пропорционално.

Тези въпроси се задават, за да могат учениците в 8 клас да си спомнят закона на Ом за участъци от веригата, чиято дефиниция казва, че силата на тока е право пропорционална на напрежението в краищата на проводника, ако съпротивлението на проводника не се променя.