Ohmi seadus lihtsas sõnastuses. Ohmi seadus mannekeenide jaoks: mõiste, valem, selgitus

Üks elektrotehnika enim rakendatud seadusi. See seadus näitab seost kolme olulise suuruse: voolu, pinge ja takistuse vahel. Selle seose avastas Georg Ohm 1820. aastatel, mistõttu see seadus ka oma nime sai.

Ohmi seaduse sõnastus järgmine:
Voolutugevus vooluringi sektsioonis on otseselt võrdeline sellele sektsioonile rakendatud pingega ja pöördvõrdeline selle takistusega.

Seda sõltuvust saab väljendada järgmise valemiga:

Kus I on voolutugevus, U on vooluahela sektsioonile rakendatav pinge ja R on vooluahela sektsiooni elektritakistus.
Seega, kui kaks neist suurustest on teada, saab kolmanda kergesti arvutada.
Ohmi seadust saab mõista lihtsa näite abil. Oletame, et peame arvutama taskulambi pirni hõõgniidi takistuse ja teame lambipirni tööpinget ja selle tööks vajalikku voolu (pirnil endal, nii et teate, on muutuv takistus, kuid näites võtame seda konstantsena). Takistuse arvutamiseks peate pinge jagama vooluga. Kuidas meeles pidada Ohmi seaduse valemit, et arvutusi õigesti teha? Ja seda on väga lihtne teha! Peate lihtsalt tegema endale meeldetuletuse, nagu alloleval joonisel.
Kui nüüd mõni kogus käega katta, saad kohe aru, kuidas see üles leida. Kui sulgete I-tähe, saab selgeks, et voolu leidmiseks peate pinge jagama takistusega.
Nüüd mõtleme välja, mida tähendavad seaduse sõnastuses sõnad "otseproportsionaalne ja pöördvõrdeline". Väljend "voolutugevus vooluringi sektsioonis on otseselt võrdeline sellele sektsioonile rakendatava pingega" tähendab, et kui vooluringi mõnes osas pinge suureneb, siis suureneb ka voolutugevus selles sektsioonis. Lihtsamalt öeldes, mida suurem on pinge, seda suurem on vool. Ja väljend "selle takistusega pöördvõrdeline" tähendab, et mida suurem on takistus, seda väiksem on vool.
Vaatleme näidet taskulambi lambipirni tööst. Oletame, et taskulambi tööks on vaja kolme patareid, nagu on näidatud alloleval diagrammil, kus GB1 - GB3 on patareid, S1 on lüliti, HL1 on lambipirn.

Oletame, et lambipirni takistus on tinglikult konstantne, kuigi kuumenedes selle takistus suureneb. Lambi heledus sõltub voolutugevusest; mida suurem see on, seda eredamalt pirn põleb. Kujutage nüüd ette, et ühe aku asemel sisestasime hüppaja, vähendades sellega pinget.
Mis saab lambipirnist?
See särab tuhmimalt (voolutugevus on vähenenud), mis kinnitab Ohmi seadust:
mida madalam on pinge, seda vähem jõudu praegune

Nii see füüsiline seadus, millega me elus kokku puutume, lihtsalt toimib. Igapäevane elu.
Boonus, spetsiaalselt teile mõeldud koomiline pilt, mis selgitab Ohmi seadust mitte vähem värvikalt.

See oli ülevaateartikkel. Sellest seadusest räägime üksikasjalikumalt järgmises artiklis "", vaadeldes kõike muude keerukamate näidete abil.

Kui füüsikaga ei õnnestu, siis alternatiivse arendusvõimalusena inglise keel lastele (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language).

Oluline on mõista, et valem R=U/I võimaldab arvutada ainult ahela lõigu takistust, kuid ei kajasta takistuse sõltuvust pingest ja voolust.

Ohmi seadus vooluringi sektsiooni jaoks

Segaduste vältimiseks tuletatud valemite tuletamisel asetage väärtused kolmnurka, nagu joonisel 2. Katke soovitud väärtus sõrmega. Vastastikune korraldusülejäänud näitavad, milliseid meetmeid tuleb võtta.

Ohmi seadus vooluringi lõigu jaoks on eksperimentaalselt (empiiriliselt) seadus, mis loob seose voolutugevuse voolutugevuse ja selle lõigu otstes oleva pinge ja selle takistuse vahel. Ohmi seaduse range sõnastus vooluringi lõigu kohta on kirjutatud järgmiselt: voolutugevus vooluringis on otseselt võrdeline selle lõigu pingega ja pöördvõrdeline selle lõigu takistusega.

Ohmi seaduse valem vooluringi lõigu jaoks on kirjutatud järgmiselt:

I – voolutugevus juhis [A];

U – elektriline pinge(potentsiaalne erinevus) [V];

R – juhi elektritakistus (või lihtsalt takistus) [Ohm].

Ajalooliselt on Ohmi seaduses vooluahela lõigu takistust R peetud juhtme peamiseks omaduseks, kuna see sõltub ainult selle juhi parameetritest. Tuleb märkida, et Ohmi seadus nimetatud kujul kehtib metallide ja elektrolüütide lahuste (sulamite) kohta ning ainult nende ahelate puhul, kus puudub reaalne vooluallikas või vooluallikas on ideaalne. Ideaalne vooluallikas on selline, millel puudub oma (sise)takistus. Lisateavet Ohmi seaduse kohta, mida kohaldatakse vooluallikaga vooluahelale, leiate meie artiklist. Leppigem kokku kaaluda positiivset suunda vasakult paremale (vt joonist allpool). Siis on piirkonna pinge võrdne potentsiaalsete erinevustega.

φ 1 - potentsiaal punktis 1 (lõigu alguses);

φ 2 - potentsiaal punktis 2 (lõigu lõpus).

Kui tingimus φ 1 > φ 2 on täidetud, siis pinge U > 0. Järelikult on pingeliinid juhis suunatud punktist 1 punkti 2, mis tähendab, et vool liigub selles suunas. Just seda voolu suunda loeme positiivseks I > O.

Mõelgem kõige lihtsam näide takistuse määramine vooluahela lõigul Ohmi seaduse abil. Elektriahelaga tehtud katse tulemusena näitab ampermeeter (voolutugevust näitav seade) ja voltmeeter. On vaja kindlaks määrata vooluringi sektsiooni takistus.

Vastavalt Ohmi seaduse definitsioonile vooluringi lõigu kohta

Õppides 8. kooliastmes Ohmi seadust ahela lõigu kohta, esitavad õpetajad õpilastele sageli järgmisi küsimusi, et käsitletud materjali koondada:

Milliste suuruste vahel loob Ohmi seadus seose vooluringi lõigu jaoks?

Õige vastus: voolu [I], pinge [U] ja takistuse [R] vahel.

Miks peale pinge sõltub voolutugevus?

Õige vastus: Vastupanust

Kuidas sõltub voolu tugevus juhi pingest?

Õige vastus: otse proportsionaalne

Kuidas sõltub voolutugevus takistusest?

Õige vastus: pöördvõrdeline.

Neid küsimusi esitatakse selleks, et 8. klassi õpilastele jääks meelde vooluahela lõikude Ohmi seadus, mille definitsioon ütleb, et voolutugevus on otseselt võrdeline pingega juhtme otstes, kui juhi takistus ei ole muuta.

Elektriku ja elektroonikainseneri jaoks on üks põhiseadusi Ohmi seadus. Iga päev esitab töö spetsialistile uusi väljakutseid ning sageli on vaja valida läbipõlenud takistile või elementide rühmale asendus. Elektrik peab tihti kaableid vahetama, õige valimiseks tuleb “hinnata” koormuse voolutugevust, seega tuleb igapäevaelus kasutada lihtsamaid füüsikaseadusi ja seoseid. Ohmi seaduse tähtsus elektrotehnikas on muide kõige kolossaalne teesid elektrotehnika erialad arvutatakse ühe valemi abil 70-90%.

Ajalooline viide

Ohmi seaduse avastamise aasta oli 1826 Saksa teadlase Georg Ohmi poolt. Ta määras empiiriliselt kindlaks ja kirjeldas voolu, pinge ja juhi tüübi seost käsitlevat seadust. Hiljem selgus, et kolmas komponent pole midagi muud kui vastupanu. Hiljem nimetati see seadus avastaja järgi, kuid asi ei piirdunud ainult seadusega, see sai nime tema perekonnanime järgi füüsiline kogus, austusavaldusena tema tööle.

Suurus, milles takistust mõõdetakse, on oma nime saanud Georg Ohmi järgi. Näiteks takistitel on kaks põhiomadust: võimsus vattides ja takistus - mõõtühik oomides, kilooomides, megaoomides jne.

Ohmi seadus vooluringi sektsiooni jaoks

Elektrilise vooluringi kirjeldamiseks, mis ei sisalda EMF-i, võite kasutada Ohmi seadust ahela osa jaoks. See on kõige rohkem lihtne vorm rekordid. See näeb välja selline:

Kus I on vool, mõõdetuna amprites, U on pinge voltides, R on takistus oomides.

See valem ütleb meile, et vool on otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega – see on Ohmi seaduse täpne sõnastus. Selle valemi füüsikaline tähendus on kirjeldada teadaoleva takistuse ja pingega vooluahela osa läbiva voolu sõltuvust.

Tähelepanu! See valem kehtib alalisvoolu jaoks, vahelduvvoolu jaoks väikesed erinevused, tuleme selle juurde hiljem tagasi.

Lisaks elektriliste suuruste vahelisele seosele näitab see vorm meile, et voolu ja takistuse pinge graafik on lineaarne ja funktsiooni võrrand on täidetud:

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

Ahela lõigu Ohmi seadust kasutatakse takisti takistuse arvutamiseks ahela lõigul või seda läbiva voolu määramiseks teadaoleva pinge ja takistuse korral. Näiteks on meil takisti R, mille takistus on 6 oomi, selle klemmidele rakendatakse pinget 12 V. Peame välja selgitama, kui palju voolu sellest läbi voolab. Arvutame:

I = 12 V/6 oomi = 2 A

Ideaalsel juhil puudub takistus, kuid selle aine molekulide struktuuri tõttu, millest see koosneb, on igal juhtival kehal takistus. Näiteks oli see põhjuseks kodu elektrivõrkudes üleminek alumiiniumilt vaskjuhtmetele. Vase eritakistus (oomi 1 meetri pikkuse kohta) on väiksem kui alumiiniumil. Vastavalt vasktraadid Need kuumenevad vähem, taluvad suuri voolusid, mis tähendab, et saab kasutada väiksema ristlõikega traati.

Teine näide on spiraalid. kütteseadmed ja takistitel on suur eritakistus, sest on valmistatud erinevatest suure eritakistusega metallidest nagu nikroom, kantaal jt. Laengukandjad, liikudes läbi juhi, põrkuvad kristallvõres olevate osakestega, mille tulemusena vabaneb energia soojuse ja juhi kujul. kuumeneb. Mida suurem on vool, seda rohkem kokkupõrkeid, seda suurem on küte.

Kuumutamise vähendamiseks tuleb juhti kas lühendada või selle paksust (pindala ristlõige). Selle teabe saab kirjutada valemina:

R juhe =ρ (L/S)

Kus ρ – takistus Ohm*mm 2 /m, L – pikkus meetrites, S – ristlõike pindala.

Ohmi seadus paralleel- ja jadaahelate jaoks

Sõltuvalt ühenduse tüübist on olemas erinev iseloom vooluvool ja pinge jaotus. Ahela sektsiooni jaoks, mis ühendab elemente järjestikku, leitakse pinge, vool ja takistus vastavalt valemile:

See tähendab, et suvalise arvu jadamisi ühendatud elementide ahelas voolab sama vool. Sel juhul on kõikidele elementidele rakendatav pinge (pingelanguste summa) võrdne toiteallika väljundpingega. Igal elemendil on eraldi oma pinge ja see sõltub konkreetse elemendi voolutugevusest ja takistusest:

U e-post \u003d I * R element

Rööpühenduse sektsiooni takistus paralleelselt ühendatud elementide jaoks arvutatakse järgmise valemiga:

1/R=1/R1+1/R2

Segaühenduse jaoks peate ahela taandama samaväärsele kujule. Näiteks kui üks takisti on ühendatud kahe paralleelselt ühendatud takistiga, siis arvuta esmalt paralleelühendusega takistite takistus. Saate kahe takisti kogutakistuse ja peate selle lisama kolmandale, mis on nendega jadamisi ühendatud.

Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks

Täielik vooluring nõuab toiteallikat. Ideaalne toiteallikas on seade, millel on ainus omadus:

• pinge, kui see on EMF-i allikas;
• voolutugevus, kui see on vooluallikas;

Selline toiteallikas on võimeline andma mis tahes võimsust muutumatute väljundparameetritega. Päris jõuallikas on ka sellised parameetrid nagu võimsus ja sisemine takistus. Sisuliselt on sisetakistus kujuteldav takisti, mis on paigaldatud järjestikku EMF-i allikaga.

Ohmi seaduse valem tervikliku vooluringi jaoks näeb välja sarnane, kuid lisatud on IP sisetakistus. Terve ahela jaoks kirjutatakse see valemiga:

I=ε/(R+r)

Kus ε on EMF voltides, R on koormuse takistus, r on toiteallika sisetakistus.

Praktikas on sisetakistus oomi murdosa ja galvaaniliste allikate puhul suureneb see oluliselt. Olete seda täheldanud, kui kahel akul (uuel ja tühjal) on sama pinge, kuid üks toodab vajalikku voolu ja töötab korralikult, teine ​​aga ei tööta, sest... langeb väikseima koormuse korral.

Ohmi seadus diferentsiaal- ja integraalkujul

Ahela homogeense lõigu jaoks kehtivad ülaltoodud valemid; ebaühtlase juhi jaoks on vaja see jagada lühimateks segmentideks, nii et selle mõõtmete muutused oleksid selles segmendis minimaalsed. Seda nimetatakse diferentsiaalkujul Ohmi seaduseks.

Teisisõnu: voolutihedus on otseselt võrdeline pinge ja juhtivusega juhtme lõpmata väikese lõigu jaoks.

Integreeritud kujul:

Ohmi seadus vahelduvvoolu kohta

Vahelduvvooluahelate arvutamisel võetakse takistuse mõiste asemel kasutusele mõiste "impedants". Impedantsi tähistatakse tähega Z, see sisaldab aktiivset koormustakistust Ra ja reaktiivtakistust X (või R r). See on tingitud sinusoidse voolu (ja mis tahes muu kujuga voolude) kujust ja induktiivelementide parameetritest, samuti kommutatsiooniseadustest:

1. Vool induktiivsusega ahelas ei saa hetkega muutuda.
2. Pinge kondensaatoriga ahelas ei saa hetkega muutuda.

Seega hakkab vool pingest maha jääma või juhtima ning koguvõimsus jaguneb aktiivseks ja reaktiivseks.

X L ja X C on koormuse reaktiivsed komponendid.

Sellega seoses võetakse kasutusele väärtus cosФ:

Siin – Q – vahelduvvoolust ja induktiiv-mahtuvuskomponentidest tingitud reaktiivvõimsus, P – aktiivvõimsus (jaotatud aktiivkomponentidele), S – näivvõimsus, cosФ – võimsustegur.

Võib-olla olete märganud, et valem ja selle esitus kattuvad Pythagorase teoreemiga. See on tõepoolest tõsi ja nurk Ф sõltub sellest, kui suur on koormuse reaktiivne komponent - mida suurem see on, seda suurem see on. Praktikas toob see kaasa asjaolu, et võrgus tegelikult voolav vool on suurem kui majapidamisarvesti registreeritud vool, samas kui ettevõtted maksavad täisvõimsuse eest.

Sel juhul esitatakse vastupanu keerulisel kujul:

Siin on j kujuteldav ühik, mis on tüüpiline võrrandite kompleksvormile. Harvemini tähistatakse seda i-ga, kuid elektrotehnikas tähistatakse ka vahelduvvoolu efektiivset väärtust, seetõttu, et mitte segadusse sattuda, on parem kasutada j-d.

Imaginaarne ühik on võrdne √-1-ga. Loogiline, et ruudus sellist arvu ei ole, mida saaks negatiivne tulemus"-1".

Kuidas Ohmi seadust meeles pidada

Ohmi seaduse meeldejätmiseks võite selle sõnastuse pähe õppida lihtsas mõttes tüüp:

Mida kõrgem on pinge, seda suurem on vool; mida suurem on takistus, seda väiksem on vool.

Või kasutage mnemopilte ja reegleid. Esimene on Ohmi seaduse esitamine püramiidi kujul – lühidalt ja selgelt.

Mnemooniline reegel on kontseptsiooni lihtsustatud vorm lihtsaks ja hõlpsaks mõistmiseks ja uurimiseks. Võib olla kas sõnalises või graafilises vormis. Vajaliku valemi õigeks leidmiseks katke soovitud kogus sõrmega ja saate vastuse toote või jagatise kujul. See toimib järgmiselt.

Teine on karikatuurne kujutis. Siin on näidatud: mida rohkem Ohm proovib, seda raskem on amprit läbida ja mida rohkem volti, seda lihtsam on amprit läbida.

Ohmi seadus on elektrotehnikas üks põhilisi seadusi, ilma selle teadmata on enamik arvutusi võimatu teha. Ja igapäevatöös on sageli vaja voolu muundada või määrata takistuse järgi. Selle tuletamisest ja kõigi suuruste päritolust pole üldse vaja aru saada – aga lõppvalemid tuleb valdada. Kokkuvõtteks tahaksin märkida, et elektrikute seas levib vana nali: "Kui sa Omi ei tunne, jää koju." Ja kui igas naljas on tõetera, siis siin on see tõetera 100%. Uurige teoreetiline alus, kui soovite saada praktikas professionaaliks, ja teised meie saidi artiklid aitavad teid selles.

meeldib( 0 ) Mulle ei meeldi( 0 )

Ohmi seadus tervikliku vooluringi jaoks on empiiriline (katsetest tuletatud) seadus, mis määrab kindlaks seose voolutugevuse, elektromotoorjõu (EMF) ning välise ja sisemise takistuse vahel ahelas.

Kui teostate reaalseid uuringuid ahelate elektriliste omaduste kohta alalisvool on vaja arvestada vooluallika enda takistusega. Seega toimub füüsikas üleminek ideaalsest vooluallikast reaalsele vooluallikale, millel on oma takistus (vt joonis 1).

Riis. 1. Ideaalsete ja reaalsete vooluallikate pilt

Oma takistusega vooluallika arvestamine eeldab Ohmi seaduse kasutamist kogu vooluringi jaoks.

Sõnastame Ohmi seaduse tervikliku vooluahela jaoks järgmiselt (vt joonis 2): voolutugevus terviklikus vooluringis on otseselt võrdeline emf-iga ja pöördvõrdeline vooluahela kogutakistusega, kus kogutakistust mõistetakse summana. välistest ja sisemistest takistustest.

Riis. 2. Ohmi seaduse skeem terve vooluringi jaoks.

• R – välistakistus [Ohm];
• r – EMF-i allika takistus (sisemine) [Oom];
• I - voolutugevus [A];
• ε – vooluallika EMF [V].

Vaatame mõningaid selle teemaga seotud probleeme. Täieliku vooluringi Ohmi seaduse ülesanded esitatakse tavaliselt 10. klassi õpilastele, et nad saaksid määratletud teemast paremini aru.

I. Määrake voolutugevus ahelas, mille takistus on 2,4 oomi ja mille emf on 10 V ja sisetakistus 0,1 oomi.

Ohmi seaduse definitsiooni kohaselt kogu vooluahela jaoks on voolutugevus võrdne:

II. Määrake vooluallika sisetakistus, mille emf on 52 V. Kui on teada, et kui see vooluallikas on ühendatud vooluahelaga, mille takistus on 10 oomi, näitab ampermeeter väärtust 5 A.

Kirjutame Ohmi seaduse kogu vooluringi jaoks ja väljendame sellest sisemist takistust:

III. Ühel päeval küsis koolipoiss oma füüsikaõpetajalt: "Miks aku tühjaks saab?" Kuidas sellele küsimusele õigesti vastata?

Teame juba, et reaalsel allikal on oma takistus, mille määrab kas galvaaniliste elementide ja akude elektrolüütide lahuste takistus või generaatorite juhtmete takistus. Ohmi seaduse kohaselt täieliku vooluringi jaoks:

seetõttu võib voolutugevus ahelas väheneda kas emf vähenemise või sisetakistuse suurenemise tõttu. Aku emf väärtus on peaaegu konstantne. Järelikult väheneb voolutugevus ahelas sisemise takistuse suurenemise tõttu. Seega saab aku tühjaks, kuna selle sisetakistus suureneb.