Закон ома простою мовою. Закон Ома для «чайників»: поняття, формула, пояснення

Один із найбільш застосовуваних законів в електротехніці. Цей законрозкриває зв'язок між трьома найважливішими величинами: силою струму, напругою та опором. Виявив цей зв'язок Георгом Омом у 1820-ті роки саме тому цей закон і отримав таку назву.

Формулювання закону Оманаступна:
Величина сили струму ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі, прикладеному до цієї ділянці, і навпаки пропорційна його опору.

Цю залежність можна сказати формулою:

Де I – сила струму, U – напруга, прикладена до ділянки ланцюга, а R – електричний опір ділянки ланцюга.
Тож якщо відомі дві з цих величин можна легко обчислити третю.
Зрозуміти закон Ома можна простому прикладі. Припустимо, нам необхідно обчислити опір нитки розжарювання лампочки і нам відомі величини напруги роботи лампочки і сила струму, необхідна для її роботи (сама лампочка, щоб ви знали має змінний опір, але для прикладу приймемо його як постійне). Для обчислення опору необхідно величину напруги поділити на величину сили струму. Як запам'ятати формулу закону Ома, щоб правильно провести обчислення? А зробити це дуже просто! Вам потрібно лише зробити собі нагадування як на вказаному нижче малюнку.
Тепер закривши рукою будь-яку з величин, ви відразу зрозумієте, як її знайти. Якщо закрити літеру I, стає ясно, що щоб знайти силу струму, потрібно напругу розділити на опір.
Тепер давайте розберемося, що означають у формулюванні закону слова прямо пропорційна і назад пропорційна. Вираз «величина сили струму ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі, прикладеному до цієї ділянці» означає, що й дільниці ланцюга збільшиться напруга, те й сила струму цьому ділянці також збільшиться. Простими словами, що більше напруга, то більше струм. І вираз «назад пропорційний його опору» означає, що чим більший опір, тим меншою буде сила струму.
Розглянемо приклад із роботою лампочки у ліхтарику. Припустимо, що для роботи ліхтарика потрібні три батареї, як показано на схемі нижче, де GB1 – GB3 – батареї, S1 – вимикач, HL1 – лампочка.

Візьмемо, що опір лампочки умовно постійно, хоча нагріваючись її опір збільшується. Яскравість лампочки залежатиме від сили струму, що вона більше, тим яскравіше горить лампочка. А тепер уявіть, що замість однієї батарейки ми вставили перемичку, зменшивши тим самим напругу.
Що станеться з лампочкою?
Вона світитиме тьмяніше (сила струму зменшилася), що підтверджує закон Ома:
чим менше напруга, тим менше силаструму.

Ось так просто працює цей фізичний закон, з яким ми стикаємось у повсякденному житті.
Бонус спеціально для вас жартівлива картинка не менш яскраво пояснює закон Ома.

Це була оглядова стаття. Більш детально про цей закон, ми говоримо в наступній статті, розглядаючи все на інших більш складних прикладах.

Якщо не виходить з фізикою, англійська для дітей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) як варіант альтернативного розвитку.

Важливо розуміти, що формула R=U/I дозволяє лише обчислювати опір ділянки ланцюга, але не відображає залежність опору від напруги та сили струму.

Закон Ома для ділянки ланцюга

Щоб не плутатися у виведенні похідних формул, розташуйте величини у трикутнику, як на малюнку 2. Закрийте пальцем шукану величину. Взаємне розташуваннярешти покаже, яку дію необхідно вчинити.

Закон Ома для ділянки ланцюга – отриманий експериментальним (емпіричним) шляхом закон, який встановлює зв'язок сили струму ділянці ланцюга з напругою кінцях цієї ділянки та її опором. Сувора формулювання закону Ома для ділянки ланцюга записується так: сила струму в ланцюгу прямо пропорційна напрузі на її ділянці і обернено пропорційна опору цієї ділянки.

Форма закону Ома для ділянки ланцюга записується в наступному вигляді:

I – сила струму у провіднику [А];

U – електрична напруга(Різниця потенціалів) [В];

R – електричний опір (або просто опір) провідника [Ом].

Історично склалося, що опір R в законі Ома для ділянки ланцюга вважається основною характеристикою провідника, оскільки залежить від параметрів цього провідника. Необхідно відзначити, що закон Ома у згаданій формі справедливий для металів та розчинів (розплавів) електролітів і тільки для тих ланцюгів, де немає реального джерела струму або джерело струму є ідеальним. Ідеальне джерело струму – це таке джерело, яке не має власного (внутрішнього) опору. Докладніше із законом Ома у застосуванні до ланцюга з джерелом струму можна ознайомитись у нашій статті. Умовимося вважати позитивним напрямком ліворуч (див. малюнок нижче). Тоді напруга на ділянці дорівнює різниці потенціалів.

φ 1 - потенціал у точці 1 (на початку ділянки);

φ 2 - потенціал у точці 2 (наприкінці ділянки).

Якщо виконується умова φ 1 > φ 2 то напруга U > 0. Отже, лінії напруженості в провіднику спрямовані від точки 1 до точки 2, а значить і струм тече в цьому напрямку. Саме такий напрямок струму вважатимемо позитивним I > O.

Розглянемо найпростіший прикладвизначення опору ділянці ланцюга з допомогою закону Ома. В результаті експерименту з електричним ланцюгом амперметр (прилад, що показує силу струму) показує, а вольтметр. Необхідно визначити опір ділянки ланцюга.

За визначенням закону Ома для ділянки ланцюга

Вивчаючи закон Ома для ділянки ланцюга в 8 класі школи, вчителі часто задають учням такі питання, щоб закріпити пройдений матеріал:

Між якими величинами Закон Ома на ділянці ланцюга встановлює залежність?

Правильна відповідь: між силою струму [I], напругою [U] та опором [R].

Чому, крім напруги, залежить сила струму?

Правильна відповідь: Від опору

Як залежить сила струму від напруги провідника?

Правильна відповідь: Прямо пропорційно

Як залежить сила струму від опору?

Правильна відповідь: обернено пропорційно.

Дані питання задають для того, щоб у 8 класі учні змогли запам'ятати закон Ома для ділянки ланцюга, визначення якого свідчить, що сила струму прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника, якщо при цьому опір провідника не змінюється.

Для електрика та електронника одним із основних законів є Закон Ома. Щодня робота ставить перед спеціалістом нові завдання, і найчастіше потрібно підібрати заміну згорілому резистори або групі елементів. Електрику часто доводиться міняти кабелю, щоб вибрати правильний, потрібно «прикинути» струм у навантаженні, так доводиться використовувати найпростіші фізичні закони та співвідношення у повсякденному житті. Значення Закону Ома в електротехніки колосальне, більшість дипломних робітелектротехнічні спеціальності розраховуються на 70-90% за однією формулою.

Історична довідка

Рік відкриття Закон Ома - 1826 німецьким вченим Георгом Омом. Він емпірично визначив та описав закон про співвідношення сили струму, напруги та типу провідника. Пізніше з'ясувалося, що третя складова – це нічим іншим, як опір. Згодом цей закон назвали на честь відкривача, але законом справа не обмежилася, його прізвищем і назвали фізичну величину, як данина поваги до його робіт.

Величина, в якій вимірюють опір, названо на честь Георга Ома. Наприклад, резистори мають дві основні характеристики: потужність у ВАТ і опір - одиниця виміру в Омах, кіломах, мегаомах і т.д.

Закон Ома для ділянки ланцюга

Для опису електричного ланцюга, що не містить ЕРС, можна використовувати закон Ома для ділянки ланцюга. Це найбільш проста формазапис. Він виглядає так:

Де I – це струм, що вимірюється в Амперах, U – напруга у вольтах, R – опір в Омах.

Така формула нам говорить, що струм прямопропорційний напрузі і обернено-пропорційний опору - це точне формулювання Закону Ома. Фізичний зміст цієї формули - це описати залежність струму через ділянку ланцюга при відомому його опорі та напрузі.

Увага!Ця формула справедлива для постійного струму, для змінного струму вона має невеликі відмінності, До цього повернемося пізніше.

Крім співвідношення електричних величин дана форма нам говорить про те, що графік залежності струму від напруги в опорі лінійний і виконується рівняння функції:

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

Закон Ома для ділянки ланцюга застосовують для розрахунків опору резистора на ділянці схеми або визначення струму через нього при відомому напрузі і опорі. Наприклад, у нас є резистор R опором у 6 Ом, до його висновків прикладена напруга 12 В. Необхідно дізнатися, який струм протікатиме через нього. Розрахуємо:

I=12 В/6 Ом=2 А

Ідеальний провідник не має опору, однак через структуру молекул речовини, з якої він складається, будь-яке провідне тіло має опір. Наприклад, це спричинило переход з алюмінієвих проводів на мідні в домашніх електромережах. Питомий опір міді (Ом на 1 метр довжини) менший за алюміній. Відповідно мідні дротименше гріються, витримують великі струми, отже, можна використовувати провід меншого перерізу.

Ще один приклад – спіралі нагрівальних приладіві резисторів мають великий питомий опір, т.к. виготовляються з різних високоомних металів, типу ніхрому, канталу та ін. Коли носії заряду рухаються через провідник, вони стикаються з частинками в кристалічній решітці, внаслідок цього виділяється енергія у вигляді тепла та провідник нагрівається. Чим більше струм – тим більше зіткнень – тим більше нагрівання.

Щоб знизити нагрівання, провідник потрібно або вкоротити, або збільшити його товщину (площа поперечного перерізу). Цю інформацію можна записати у вигляді формули:

R провід =ρ(L/S)

Де ρ – питомий опірв Ом*мм 2 /м, L – довжина м, S – площа поперечного перерізу.

Закон Ома для паралельного та послідовного ланцюга

Залежно від типу з'єднання спостерігається різний характерпротікання струму та розподілу напруг. Для ділянки ланцюга послідовного з'єднання елементів напруга, струм та опір знаходяться за формулою:

Це означає, що в ланцюзі з довільної кількості послідовно з'єднаних елементів протікає той самий струм. При цьому напруга, прикладена до всіх елементів (сума падінь напруги), дорівнює вихідній напруги джерела живлення. До кожного елемента окремо прикладена своя величина напруг і залежить від сили струму та опору конкретного:

U ел =I*R елемента

Опір ділянки ланцюга для паралельно з'єднаних елементів розраховується за такою формулою:

1/R=1/R1+1/R2

Для змішаного з'єднання треба наводити ланцюг до еквівалентного вигляду. Наприклад, якщо один резистор з'єднаний з двома паралельно з'єднаними резисторами, то спочатку порахуйте опір паралельно з'єднаних. Ви отримаєте загальний опір двох резисторів і вам залишається скласти його з третім, який з ними з'єднаний послідовно.

Закон Ома для повного ланцюга

Повний ланцюг передбачає наявність джерела живлення. Ідеальне джерело живлення – це прилад, який має єдину характеристику:

• напруга, якщо це джерело ЕРС;
• силу струму, якщо це джерело струму;

Таке джерело живлення здатне видати будь-яку потужність при постійних вихідних властивостях. У реальному джерелі живлення є ще й такі параметри як потужність і внутрішній опір. Власне, внутрішній опір – це уявний резистор, встановлений послідовно з джерелом ЭРС.

Формула Закону Ома для повного ланцюга виглядає схожим, але додається внутрішній опір ІП. Для повного ланцюга записується формулою:

I=ε/(R+r)

Де ε – ЕРС у Вольтах, R – опір навантаження, r – внутрішній опір джерела живлення.

Насправді внутрішній опір є частками Ома, а гальванічних джерел воно значно зростає. Ви це спостерігали, коли на двох батарейках (новій та сівшій) однакову напругу, але одна видає потрібний струм і працює справно, а друга не працює, т.к. просідає при найменшому навантаженні.

Закон Ома у диференційній та інтегральній формі

Для однорідної ділянки ланцюга наведені вище формули справедливі, для неоднорідного провідника необхідно розбити його на максимально короткі відрізки, щоб зміни його розмірів були мінімізовані в межах цього відрізка. Це називається Закон Ома у диференціальній формі.

Інакше кажучи: щільність струму прямо пропорційної напруженості та питомої провідності для нескінченно малої ділянки провідника.

В інтегральній формі:

Закон Ома для змінного струму

Під час розрахунку ланцюгів змінного струму замість поняття опору вводять поняття «імпеданс». Імпеданс позначають буквою Z, до нього входить активний опір навантаження R a і реактивний опір X (або R r). Це з формою синусоїдального струму (і струмів будь-яких інших форм) і параметрами індуктивних елементів, і навіть законів комутації:

1. Струм у ланцюгу з індуктивністю не може змінитися миттєво.
2. Напруга в ланцюзі з ємністю не може змінитися миттєво.

Таким чином, струм починає відставати або випереджати напругу, і повна потужність поділяється на активну та реактивну.

X L та X C – це реактивні складові навантаження.

У зв'язку з цим запроваджується величина cosФ:

Тут – Q – реактивна потужність, обумовлена ​​змінним струмом та індуктивно-ємнісними складовими, P – активна потужність (виділяється на активних складових), S – повна потужність, cosФ – коефіцієнт потужності.

Можливо, ви помітили, що формула та її уявлення перетинається з теоремою Піфагора. Це справді так і кут Ф залежить від того, наскільки велика реактивна складова навантаження – чим її більше, тим він більший. На практиці це призводить до того, що реально протікає в мережі струм більше, ніж той, що враховується побутовим лічильником, підприємства ж платять за повну потужність.

При цьому опір становлять у комплексній формі:

Тут j – це уявна одиниця, що притаманно комплексного виду рівнянь. Рідше позначається як i, але в електротехніці також позначається і значення змінного струму, що діє, тому, щоб не плутатися, краще використовувати j.

Уявна одиниця дорівнює √-1. Логічно, що немає такого числа при зведенні у квадрат, якого може вийти негативний результат"-1".

Як запам'ятати закон Ома

Щоб запам'ятати Закон Ома – можна завчити формулювання простими словамитипу:

Чим більше напруга – тим більше струм, чим більший опір – тим менший струм.

Або скористатися мнемонічними картинками та правилами. Перша це уявлення закону Ома як піраміди – коротко і зрозуміло.

Мнемонічне правило - це спрощений вид будь-якого поняття, для простого та легкого його розуміння та вивчення. Можливо або у словесній формі, або у графічній. Щоб правильно знайти потрібну формулу – закрийте пальцем шукану величину та отримайте відповідь у вигляді твору чи приватного. Ось як це працює:

Друга – це карикатурне уявлення. Тут показано: що більше намагається Ом, то важче проходить Ампер, а що більше Вольт – то легше проходить Ампер.

Закон Ома - один з основних в електротехніці, без його знання неможлива більша частина розрахунків. І в повсякденній роботі часто доводиться перекладати чи за опором визначати струм. Абсолютно не обов'язково розуміти його висновок і походження всіх величин - але кінцеві формули є обов'язковими до освоєння. На закінчення хочеться відзначити, що є старе жартівливе прислів'я у електриків: "Не знаєш Ома - сиди вдома".І якщо у кожному жарті є частка правди, то тут ця частка правди – 100%. Вивчайте теоретичні основиЯкщо хочете стати професіоналом на практиці, а в цьому вам допоможуть інші статті з нашого сайту.

Подобається( 0 ) Не подобається( 0 )

Закон Ома для повного ланцюга – емпіричний (отриманий з експерименту) закон, який встановлює зв'язок між силою струму, електрорушійною силою (ЕРС) та зовнішнім та внутрішнім опором у ланцюгу.

При проведенні реальних досліджень електричних характеристик ланцюгів постійним струмомнеобхідно враховувати опір джерела струму. Таким чином у фізиці здійснюється перехід від ідеального джерела струму до реального джерела струму, який має свій опір (див. рис. 1).

Мал. 1. Зображення ідеального та реального джерел струму

Розгляд джерела струму з власним опором зобов'язує використовувати закон Ома повної ланцюга.

Сформулюємо закону Ома для повного ланцюга так (див. рис. 2): сила струму в повному ланцюгу прямо пропорційна ЕРС і обернено пропорційна повному опору ланцюга, де під повним опором розуміється сума зовнішніх і внутрішніх опорів.

Мал. 2. Схема закону Ома для повного кола.

• R – зовнішній опір [Ом];
• r – опір джерела ЕРС (внутрішній) [Ом];
• I – сила струму [А];
• ε- ЕРС джерела струму [В].

Розглянемо деякі завдання на цю тему. Завдання на закон Ома для повного ланцюга, як правило, дають учням 10 класу, щоб вони могли краще засвоїти цю тему.

I. Визначте силу струму в ланцюгу з лампочкою, опором 2,4 Ом та джерелом струму, ЕРС якого дорівнює 10 В, а внутрішній опір 0,1 Ом.

За визначенням закону Ома для повного ланцюга, сила струму дорівнює:

ІІ. Визначити внутрішній опір джерела струму з ЕРС 52 В. Якщо відомо, що при підключенні джерела струму до ланцюга з опором 10 Ом амперметр показує значення 5 А.

Запишемо закон Ома для повного ланцюга і висловимо з нього внутрішній опір:

ІІІ. Якось школяр запитав у вчителя з фізики: «Чому батарейка сідає?» Як грамотно відповісти на це питання?

Ми вже знаємо, що реальне джерело має власний опір, який обумовлений або опором розчинів електролітів для гальванічних елементів і акумуляторів, або опором провідників для генераторів. Відповідно до закону Ома для повного ланцюга:

отже, струм у ланцюзі може зменшуватися або через зменшення ЕРС, або підвищення внутрішнього опору. Значення ЕРС у акумулятора майже постійне. Отже, струм ланцюга знижується з допомогою підвищення внутрішнього опору. Отже, «батарейка» сідає, оскільки її внутрішній опір збільшується.