+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

[email protected]

Закон ома для полной цепи формулировка


Закон Ома для полной цепи | Полезные статьи

Вывод закона Ома для полного участка цепи.

Возьмем источник постоянного тока, состоящий из сосуда с серной кислотой и помещёнными в него цинковым и угольным электродами. Цинк отдаёт в кислоту двухвалентные ионы, становясь согласно закону сохранения заряда отрицательно заряженным. Для рассмотрения закона Ома для полной цепи на участке между электродами помещается резистор, замыкающий цепь, что приводит к появлению постоянного электрического тока –  избыток электронов цинка начнёт движение в угольный электрод. В ходе химической реакции совершается работа А по переносу заряда q. Её целесообразно выразить через ЭДС:

ε = A/q

Кроме того, по закону сохранения энергии работа расходуется на выделение тепла Q в нагрузке и в самом источнике:

A = Q

Количество теплоты согласно закону Джоуля-Ленца для источника и нагрузки:

Q = I²• r • t, где r – сопротивление источника
и 
Q = I²• R • t, где R – сопротивление нагрузки.

Выразим количество электричества (заряд) через силу тока:

q = I • t

Для вывода закона Ома продолжаем преобразования и получаем ЭДС для полной цепи:

ε • I • t = I²• r • t + I²• R • t

ε = I•r + I•R – из этого выражения выводится формула закона Ома для полной цепи:

I = ε/(r+R)

Классическая формулировка закона Ома для полной цепи: сила тока полной цепи прямопропорциональна ЭДС источника и обратноспропорциональна полному сопротивлению цепи.

Обычно сопротивление источника значительно ниже сопротивления нагрузки: R ≫ r.  В таких случаях ε ≈ U, а формула принимает вид уравнения закона Ома для участка цепи: 

I = U/R.

Примечательно, что изначально принятые Георгом Омом символы отличаются от используемых сегодня.

Закон Ома для переменного тока.

Рис. 2. Модель идеализированной цепи переменного тока

В случае токов, подчиняющихся гармоническому закону, нагрузка проявляет ряд особенностей. В реальной цепи наравне с активной (резистивной) нагрузкой в той или иной степени обязательно присутствуют ёмкость и индуктивность, создавая колебательный контур. Эти элементы представляют собой реактивную составляющую нагрузки, расчёт которой несколько сложнее. 

Возьмем последовательную цепь из резистора, конденсатора и катушки в установившемся режиме, питающуюся от источника ЭДС с пренебрежимым сопротивлением (при этом e ≈ U), соединённую идеальными проводниками:
 

За основу векторной диаграммы возьмем ток, так как он одинаковый на всех элементах схемы. Напряжение на резисторе совпадает по направлению с током. В катушке появляется ЭДС индукции, противодействующая изменению напряжения, а в конденсаторе напряжение препятствует току, соответственно, фазы колебаний в них отличаются: в катушке напряжение опережает ток, в конденсаторе зависимость обратная: 

где ω – радиальная частота, равняющаяся 2πf, т. е. 100π при 50 Гц.

Результирующее напряжение согласно параллелограмму сил:

Емкостное сопротивление обозначается XС, а индуктивное XL. Полное сопротивление обозначается Z и называется импедансом. Для простоты его называют сопротивлением, учитывающим частоту.

Выразим отсюда полное сопротивление, т. е. сопротивление, определяющее активно-реактивный характер нагрузки:

Имея все параметры рассматриваемой модели в установившемся режиме можно записать закон Ома для полной цепи переменного тока в установившемся режиме:

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона - закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивле­ние электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин). Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а со­противление самого источника тока — внутренним со­противлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно за­кону Ома между ее концами должна существовать раз­ность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

или

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональ­на ЭДС в цепи и обратно пропорциональ­на общему сопротивлению цепи.

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Урок 31. закон ома для полной цепи - Физика - 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 31. Закон Ома для полной цепи

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) закон Ома для полной цепи;

2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;

3) короткое замыкание;

4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Глоссарий по теме

Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре - отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

Короткое замыкание

При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

Примеры и разбор решения заданий:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

ФОРМУЛЫ

Электродвижущая сила

Сила тока

Сопротивление

Разность потенциалов

Решение.

Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

ФОРМУЛЫ

Электродвижущая сила

Сила тока

Сопротивление

Разность потенциалов

2. ЭДС батарейки карманного фонарика - 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

Решение:

Напряжение рассчитывается по формуле:

Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:

Делаем расчёт:

Ответ: U = 3,28 В.

Закон Ома для участка цепи. Определение, формула расчета, калькулятор

В 1827 году  Георг Ом  опубликовал свои исследования, которые составляют основу формулы, используемую и по сей день. Ом выполнил большую серию экспериментов, которые показали связь между приложенным напряжением и током, протекающим через проводник.

Стенд для пайки со светодиодной подсветкой

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка...

Этот закон является эмпирическим, то есть основанный на опыте. Обозначение «Ом» принято в качестве официальной единицы СИ для электрического сопротивления.

 

Закон Ома для участка цепи гласит, что электрический ток в проводнике прямо пропорционален разности потенциалов в нем и обратно пропорционален его сопротивлению. Принимая во внимание, что сопротивление проводника (не путать с удельным сопротивлением) величина постоянная, можно оформить это следующей формулой:

где

  • I — тока в амперах (А)
  • V — напряжение в вольтах (В)
  • R — сопротивления в омах (Ом)

Для наглядности: резистор имеющий сопротивление 1 Ом, через который протекает ток силой в 1 А на своих выводах имеет разность потенциалов (напряжение) в  1 В.

Немецкий физик Кирхгоф (известен своими правилами Кирхгофа) сделал обобщение, которое больше используется в физике:

где

  • σ – проводимость материала
  • J — плотность тока
  • Е — электрическое поле.

Закон Ома и резистор

Резисторы являются пассивными элементами, которые оказывают сопротивление потоку электрического тока в цепи. Резистор, который функционирует в соответствии с законом Ома, называется омическим сопротивлением. Когда ток проходит через такой резистор, то падение напряжения на его выводах пропорционально величине сопротивления.

Формула Ома остается справедливой и для цепей с переменным напряжением и током. Для конденсаторов и катушек индуктивности закон Ома не подходит, так как их ВАХ (вольт-амперная характеристика) по сути, не является линейной.

Формула Ома действует так же для схем с несколькими резисторами, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или иметь смешанное соединение. Группы резисторов, соединенные последовательно или параллельно могут быть упрощены в виде эквивалентного сопротивления.

В статьях о параллельном и последовательно соединении более подробно описано как это сделать.

Немецкий физик Георг Симон Ом опубликовал в 1827 свою полную теорию электричества под названием «теория гальванической цепи». Он нашел, что падение напряжения на участке цепи является результатом работы тока, протекающего через сопротивление этого участка цепи. Это легло в основу закона, который мы используем сегодня. Закон является одним из основных уравнений для резисторов. 

Закон Ома — формула

Формула закона Ома может быть использована, когда известно две из трех переменных. Соотношение между сопротивлением, током и напряжением может быть записано по-разному. Для усвоения и запоминания может быть полезен «треугольник Ома».

или

или

  Ниже приведены два примера использования такого треугольного калькулятора.

Имеем резистор сопротивлением в 1 Ом в цепи с падением напряжения от 100В до 10В на своих выводах. Какой ток протекает через этот резистор? Треугольник напоминает нам, что:  
Имеем резистор сопротивлением в 10 Ом через который протекает ток в 2 Ампера при напряжении 120В. Какое будет падение напряжения на этом резисторе? Использование треугольника показывает нам, что:Таким образом, напряжение на выводе будет 120-20 = 100 В.  

Закон Ома — мощность

Когда через резистор протекает электрический ток, он рассеивает определенную часть мощности в виде тепла.

Мощность является функцией протекающего тока I (А) и приложенного напряжения V (В):

где

  • Р — мощность в ваттах (В)

В сочетании с законом Ома для участка цепи, формулу можно преобразовать в следующий вид:

или

Идеальный резистор рассеивает всю энергию и не сохраняет электрическую или магнитную энергию. Каждый резистор имеет предел мощности, которая может быть рассеяна, не оказывая повреждение резистору. Это мощность называется номинальной. 

Окружающие условия могут снизить или повысить это значение. Например, если окружающий воздух горячий, то способность рассеять излишнее тепло у резистора снижается, и на оборот, при низкой температуре окружающего воздух рассеиваемая способность резистора возрастает.

На практике, резисторы редко имеют обозначение номинальной мощности. Тем не менее, большинство из резисторов рассчитаны на 1/4 или 1/8 Вт.

Ниже приведена круговая диаграмма, которая поможет вам быстро определить связь между мощностью, силой тока, напряжением и сопротивлением. Для каждого из четырех параметров показано, как вычислить свое значение.

Закон Ома — калькулятор

Данный онлайн калькулятор закона Ома позволяет определить взаимосвязь между силой тока, электрическим напряжением, сопротивлением проводника и мощностью. Для расчета введите любые два параметра и нажмите кнопку расчет:

Для закрепления понимания работы закона Ома, приведем несколько задач для самостоятельного решения.

Закон Ома и электрическая цепь электровоза — EduTranslator

Первоначально электрическая тяга применялась на городских трамвайных линиях и промышленных предприятиях, особенно на рудниках и в угольных копях. Но очень скоро оказалось, что она выгодна на перевальных и тоннельных участках железных дорог, а также в пригородном движении. В 1895 г. в США были электрифицированы тоннель в Балтиморе и тоннельные подходы к Нью-Йорку. Для этих линий построены электровозы мощностью185кВт(50км/ч).[1]


После первой мировой войны на путь электрификации железных дорог вступают многие страны. В  СССР был построен первый отечественный электровоз серии Сс в 1932г. Уже к 1935 г. в СССР было электрифицировано 1907 км путей и находилось в эксплуатации 84 электровоза.
В настоящее время общая протяженность  электрических железных дорог во всем мире достигла 200 тыс. км, что составляет примерно 20% общей их длины. Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов.
Техника электрических железных дорог за время их существования изменилась коренным образом, сохранился только принцип действия. Применяется привод осей локомотива от электрических тяговых двигателей, которые используют энергию электростанций. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу — по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля.
Применяются три различные системы электрической  тяги — постоянного тока, переменного  тока, двойного питания, многосистемные.
В данной работе рассмотрим электровозы  с электрической тягой основанной на постоянном токе.[2]

Цель работы: изучение практического применения закона Ома в работе электрической цепи электровоза

Для достижения поставленной цели выдвинуты следующие задачи:

  1. Изучить источники информации по данной теме
  2. Проанализировать закон Ома для участка цепи
  3. Проанализировать закон Ома для полной цепи
  4. Рассмотреть применение закона Ома в работе электрической цепи электровоза

ЗАКОН ОМА

Закон Ома для участка цепи

В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом (в соответствии с рисунком 1) публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону. Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире.    [3]  Немецкий физик Георг Ом (1787 -1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорционально напряжению U на концах проводника (в соответствии с рисунком 2).

Формулировка закона Ома для участка цепи – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.
где R — электрическое сопротивление проводника.
Уравнение I = U/R выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника. Участок цепи, в котором не действуют э.д.с. (сторонние силы) называют однородным участком цепи, поэтому эта формулировка закона Ома справедлива для однородного участка цепи.
Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления. [4]

Как использовать треугольник Ома: (в соответствии с рисунком 3) закрываем искомую величину — два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют. Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

ампер = вольт/ом. Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно. [5]

1.Закон Ома для полной цепи

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R (в соответствии с рисунком 4).

Закон Ома для полной цепи устанав­ливает зависимость силы тока в замкнутой цепи I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоу­ля-Ленца. Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными час­тицами переносится заряд Δq, то работа сторонних сил

Aст. = ƐΔq = ƐIΔt.

Если в цепи электрическая энергия прев­ращается лишь в тепловую, то по закону со­хранения энергии Аст. = Q и общее коли­чество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, вы­деляющихся во внешней и внутренней час­тях цепи

Q = I2RΔt + I2rΔt.

Если

Aст. = Q = (Ɛ / R + r) • IΔt,

то

ƐIΔt = I2RΔt + I2rΔt.

Итак,

Ɛ = IR + Ir

и

I = Ɛ / (R + r),

что и выражает закон Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной цепи. Сила тока в замкнутой цепи измеряется отно­шением электродвижущей силы источника тока, имеющегося в этой цепи, к полному ее сопротивлению.

Из сказанного выше можно сделать вы­вод, что закон Ома для полной цепи являет­ся одним из выражений закона сохранения энергии.

Во многих случаях для характеристики источников тока недостаточно использовать лишь ЭДС. Пусть, например, необходимо установить, ток какой максимальной силы может дать определенный источник тока. Если исходить из закона Ома для полной цепи

I = Ɛ / (R + r),

то очевидно, что максимальной сила тока в цепи будет тогда, когда внешнее сопротивление цепи R стремится к нулю — это короткое замыкание в цепи. При этом ток короткого замыкания имеет силу Imax = Ɛ / r, поскольку Ɛ и r изменить для данного источника мы не можем, они яв­ляются характеристиками источника.

Если представить, что сопротивление вне­шней части цепи стремится к бесконеч­ности (цепь становится разомкнутой), то напряжение на полюсах источника тока IR стремится к электродвижущей силе, то есть: электродвижущая сила источника тока равна напряжению на полюсах разомкнутого источ­ника. [6]

2. Применение закона Ома в работе электрической цепи электровоза

Закон Ома может быть применён к любой физической системе, в которой действуют потоки частиц или полей преодолевающие сопротивление. Его можно применять для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д. Рассмотрим применение закона Ома в электрической цепи электровоза (в соответствии с рисунком 5). От внешней электрической сети (электростанции), которая вырабатывает переменный трехфазный ток промышленной частоты (50 ГЦ), ток поступает на повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение от 200 тыс. до более 1 млн. В. Далее этот переменный трехфазный ток по линиям электропередач поступает на тяговые подстанции, расположенные вдоль железнодорожного пути на расстоянии 50 — 100 км.
В тяговых подстанциях это высокое напряжение поступает на тяговый  понижающий трансформатор, который понижает напряжение до 3000 В и подает его на выпрямительное устройство, где по двухполупериодной схеме переменный трехфазный ток преобразуется в постоянный ток напряжением 3000 В. Этот ток по двухпроводной схеме подводится одной полярностью к рельсам, а другой — к контактному проводу, расположенному выше электровоза посередине рельсов вдоль всего железнодорожного пути.
При поднятом пантографе постоянное высокое  напряжение поступает в высоковольтные камеры, где расположены контакторы и пусковые реостаты. Машинист с помощью контроллера, расположенного в кабине машиниста, подключает пусковые реостаты к тяговым электродвигателям постоянного тока, расположенным на осях тележек. От тяговых электродвигателей через заземляющие шины электрический ток поступает на колесные пары, а от них — в рельсы, а по рельсам — возвращается на тяговую подстанцию. Электрическая цепь оказывается замкнутой и по тяговым электродвигателям начинает протекать постоянный ток. Якоря электродвигателей начинают вращаться, преобразуя электроэнергию постоянного тока в механическую работу вращения якорей. На валу якоря закреплена ведущая шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней, закрепленной на оси колесной пары. Ведомая шестерня вращается и вращает ось колесной пары и колеса электровоза начинают вращаться.
Благодаря наличию сил трения, между колесами и рельсами возникает касательная  сила тяги:
Fк = Nд  * Fkg = Nд (3,6 * С * Ф * Ig — ”F), Н
где:
Fkg — касательная  сила тяги одного тягового  электродвигателя, Н
Nд — число движущихся осей или  тяговых электродвигателей локомотива
С — постоянная электроподвижного состава, которая  зависит от передаточного отношения зубчатой передачи, диаметра движущих колес локомотива, конструктивной постоянной тягового электродвигателя, включающая в себя число пар полюсов, число параллельных ветвей и активных проводников обмотки якоря
Ф — магнитный  поток тягового электродвигателя, Вб
Ig — переменный  ток тягового электродвигателя, А
”F — сила, возникающая из-за механических и  магнитных потерь в тяговом электродвигателе и потерь в зубчатой передаче.
Благодаря наличию касательной силы тяги электровоз движется вперед. Скорость движения электровоза регулируется машинистом с помощью контроллера, который расположен в кабине машиниста. Контроллер при изменении машинистом положения его ручки изменяет величину сопротивления пусковых реостатов. Чем меньше их сопротивление, тем больше величина тока Ig (по закону Ома), протекающего по тяговым электродвигателям, тем больше частота вращения якорей тягового электродвигателя и тем больше скорость электровоза.
Направление движения машинист изменяет с помощью  специального переключателя, который  изменяет полярность тока одновременно у всех электродвигателей одной из двух обмоток на обратное и якоря начинают вращаться в обратную сторону и электровоз движется назад.

Заключение 

Цель данной работы — изучение применения закона Ома в работе электрической цепи электровоза. В процессе работы я изучил  источники информации по данной теме, проанализировал закон Ома для участка цепи, для полной цепи. На основе изученных методик рассмотрел применение закона Ома в работе электрической цепи электровоза.
В дальнейшем я планирую, рассчитать параметры электрической цепи электровоза.

1.4. Законы Ома и Кирхгофа

1.4. Законы Ома и Кирхгофа

Закон Ома для всей цепи выражает соотношение между электродвижущей силой (ЭДС), сопротивлением и током. Согласно этому закону ток в замкнутой цепи равен ЭДС источника деленной на сопротивление всей цепи:

 

,                                                  (1.19)

где I – ток, протекающий по цепи;

E – ЭДС, генератора, подключенного к электрической цепи;

Rг – сопротивление генератора;

Rц – сопротивление цепи.

Закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению между началом и концом  участка и обратно пропорционален сопротивлению участка. Аналитически закон выражается в следующем виде:

,                                                                  (1.20)

где I – ток, протекающий на участке цепи;

R – сопротивление участка цепи;

U – напряжение на участке цепи.

Обобщенный закон Ома. Сила тока  в контуре цепи прямо пропорциональна алгебраической сумме ЭДС всех источников цепи и обратно пропорциональна арифметической сумме всех активных сопротивлений цепи.

,                                                          (1.21)

где m и n – количество источников и резисторов в контуре цепи.

При алгебраическом суммировании со знаком “плюс” берутся те ЭДС, направление которых совпадает с направлением тока, а со знаком “минус”– те ЭДС, направление которых не совпадает с направлением тока.

Первый закон Кирхгофа. Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рис. 1.10 представлена простейшая разветвленная цепь.

Рис. 1.10 Схема разветвленной цепи.

Разветвленной называется такая электрическая цепь, в которой ток от какого-либо источника может идти по различным путям и, в которой, следовательно, имеются точки, где сходятся два и более проводников. Эти точки называютузлами. Токи, текущие к узлу считаются имеющими один знак, а от узла – другой.

Учитывая это правило для схемы, изображенной на рис. 1.11,а можно записать

или.

Для цепи, имеющей n ветвей, сходящихся в одном узле, имеем:

,                                                          (1.22)

т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в любом узле, равна

нулю.

Рис. 1.11 Схема поясняющая законы Кирхгофа.

Физически первый закон Кирхгофа означает, что движение зарядов в цепи происходит так, что ни в одном из узлов они не скапливаются.

Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между ЭДС, токами и сопротивлениями в любом замкнутом контуре, который можно выделить в рассматриваемой цепи.

В соответствии со вторым законом Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС, действующих в любом контуре разветвленной электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура

,                                                  (1.23)

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.11,б. Обозначим стрелкой направление обхода контура. При составлении уравнений будем брать со знаком “плюс” те ЭДС и падения напряжений, направления которых совпадают с направлением обхода контура и со знаком “минус” те, которые направлены против обхода. Для цепи, изображенной на рис. 1.11,б второй закон Кирхгофа запишется в следующем виде:

.Закон

Ом для переменного тока. Закон Ома

Закон Ома был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году и с тех пор широко используется в теории и практике в области электричества. Выражается знаменитая формула, с помощью которой можно производить расчеты практически для любой электрической цепи. Однако закон Ома для переменного тока имеет свои особенности и отличия от соединений постоянного тока, определяемые наличием реактивных элементов.Чтобы понять суть его работы, нужно пройти всю цепочку, от простого к сложному, начиная с отдельного участка электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи

Считается, что закон Ома

работает для различных вариантов электрических цепей. В первую очередь это известно из формулы I = U/R, применяемой к отдельному отрезку цепи постоянного или переменного тока.

Включает такие определения, как ток (I), измеряемый в амперах, напряжение (U), измеряемое в вольтах, и сопротивление (R), измеряемое в омах.

Общим определением этой формулы является известная концепция: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению на определенном участке цепи. Если напряжение увеличивается, ток увеличивается, а увеличение сопротивления, наоборот, уменьшает ток. Сопротивление на этом отрезке может состоять не только из одного, но и из нескольких взаимосвязанных элементов.

Формулу закона Ома для постоянного тока легко запомнить по специальному треугольнику, изображенному на общем чертеже.Он разделен на три раздела, каждый из которых содержит один параметр. Этот совет позволяет быстро и легко найти нужное значение. Нужный индикатор закрывается пальцем, а действия с остальными производятся в зависимости от их положения по отношению друг к другу.

Если они находятся на одном уровне, умножить их, а если они на разных уровнях, верхний параметр делится на нижний параметр. Этот метод поможет избежать путаницы в расчетах начинающим инженерам-электрикам.

Закон Ома для полной цепи

Существуют некоторые различия между сегментом и всей цепочкой. Участком или сегментом считается та часть общей цепи, которая находится в самом источнике тока или напряжения. Он состоит из одного или нескольких компонентов, подключенных к источнику тока различными способами.

Полная цепная система представляет собой общую схему, состоящую из нескольких цепей, включая батареи, различные типы нагрузок и соединительные провода. Он тоже работает по закону Ома и широко применяется на практике, в том числе и для переменного тока.

Принцип действия закона Ома в полной цепи постоянного тока можно ясно увидеть, выполнив простой эксперимент. Как видно из рисунка, для этого потребуется источник тока с напряжением на электродах U, любым постоянным сопротивлением R и соединительными проводами. В качестве сопротивления можно взять обычную лампочку. По его нити будет течь ток, создаваемый электронами, движущимися внутри металлического проводника, по формуле I = U/R.

Схема общей цепи должна состоять из внешней части, состоящей из сопротивления, соединительных проводов и контактов батареи, и внутренней части, зажатой между электродами источника тока.Ток также будет протекать через внутреннюю часть, образованную положительными и отрицательными ионами. Катод и анод начнут накапливать плюсовые и минусовые заряды, после чего появятся среди них.

Полному движению ионов будет препятствовать внутреннее сопротивление батареи r, которое ограничивает выходной ток во внешнюю цепь и снижает ее мощность до определенного предела. Следовательно, ток в общей цепи течет во внутренней и внешней цепях, поочередно преодолевая суммарное сопротивление сегментов (R + r).На величину силы тока влияет такое понятие, как электродвижущая сила – ЭДС, приложенная к электродам, обозначенным символом Е.

Значение ЭДС можно измерить на клеммах аккумулятора вольтметром при отключенной внешней цепи. При подключенной нагрузке на вольтметре появится напряжение U. Так, при отключенной нагрузке U=E, при подключении внешний контур U

ЭДС дает импульс движению зарядов в полной цепи и определяет силу тока I = E/(R+r).Эта формула отражает закон Ома для полной электрической цепи постоянного тока. На нем отчетливо видны следы внутренних и внешних контуров. Заряженные частицы все равно будут двигаться внутри батареи, даже если нагрузка отключена. Это явление называется током саморазряда, который вызывает ненужный износ металлических частиц катода.

Из-за внутренней энергии источника питания сопротивление нагревается и рассеивается дальше за пределы элемента. Постепенно зарядка аккумулятора полностью бесследно исчезает.

Закон Ома для цепи переменного тока

Для цепей переменного тока закон Ома будет выглядеть иначе. Если взять за основу формулу I = U/R, то к ней, кроме активного сопротивления, добавляются индуктивное XL и емкостное XC, которые являются реактивными. Подобные электрические схемы используются значительно чаще соединений только с активным сопротивлением и позволяют рассчитывать любые варианты.

Сюда также входит параметр ω, который представляет собой циклическую частоту сети.Его значение определяется по формуле ω = 2πf, где f — частота этой сети (Гц). При постоянном токе эта частота будет равна нулю, а емкость будет бесконечной. В этом случае цепь постоянного тока разорвана, то есть отсутствует реактивное сопротивление.

Цепь переменного тока ничем не отличается от цепи постоянного тока, за исключением источника напряжения. Общая формула остается прежней, но с добавлением реактивных элементов ее содержание полностью изменится.Параметр f больше не будет равен нулю, что указывает на наличие реактивного сопротивления. Это также влияет на ток, протекающий в цепи, и вызывает резонанс. Символ Z используется для обозначения импеданса контура.

Отмеченное значение не будет равно активному сопротивлению, то есть Z ≠ R. Закон Ома для переменного тока теперь будет иметь вид формулы I = U/Z. Знание этих функций и правильное использование формулы для помогают избежать ошибочного решения электротехнических задач и предотвратить поломки отдельных элементов контура.

Получены зависимости амплитуд переменных токов и напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке: R I R = U R; 1 ω C I C = U C; ω L L L = U L.

Эти пропорции напоминают закон Ома для участка цепи постоянного тока, но теперь включают не постоянные токи и напряжения вдоль участка цепи, а амплитуды переменного тока и напряжения .

Соотношения (*) выражают закон Ома для участка цепи переменного тока, содержащего один из элементов r , L I C .Физические величины r , 1 ω C и ω L называются активным сопротивлением резистора, емкостью конденсатора и индуктивной реактивностью катушки.

Когда через часть цепи пропускают переменный ток, активируется электромагнитное поле и в цепи выделяется тепло Джоуля. Мгновенная мощность в цепи переменного тока равна произведению мгновенных значений тока и напряжения: р = J u . Практически интересно среднее значение мощности в период переменного тока P = P cf = I 0 U 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯.

Здесь и 0 и U 0 - значения амплитуд тока и напряжения на данном участке цепи, φ - фазовый сдвиг между током и напряжением. Линия является знаком усреднения. Если в участок цепи входит только резистор сопротивлением r , то фазовый сдвиг равен φ = 0 : P R = I R U R cos 2 ω t ¯ = I R U R 2 = I R 2 R 2.

Для того чтобы это выражение совпадало с формулой мощности постоянного тока, введено понятие действующих или действующих значений тока и напряжения: i d = i 0 2; U д = U 0 2.

Средняя мощность переменного тока на участке цепи, содержащей резистор, равна P R = I d U d.

Если участок цепи содержит только конденсатор С , то фазовый сдвиг между током и напряжением φ = π 2. Следовательно, P C = I C U C cos ω t cos (ω t + π 2) ¯ \ u003d I C U C cos ω t (- sin ω t) ¯ = 0,

Аналогично можно показать, что PL = 0 .

Таким образом, мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении.Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.

Теперь рассмотрим электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора, конденсатора и катушки индуктивности. Цепь подключена к источнику переменного тока частотой ω. Один и тот же ток течет во всех последовательно соединенных частях цепи. Между напряжением внешнего источника е(t) и током Дж(t) происходит фазовый сдвиг на некоторый угол φ. Следовательно, вы можете написать Дж (t) = I 0 cos ωt; e (t) = 90,063 ℰ 90,062 0 cos (ωt + φ) .

Такая запись мгновенных значений тока и напряжения соответствует структурам на векторной диаграмме (рис. 2.3.2). Средняя мощность, генерируемая источником переменного тока, равна P = I 0 ℰ 0 cos ω t cos (ω t + φ) ¯ = I 0 ℰ 0 2 cos φ = I d ℰ d cos φ.

Как вы можете видеть на векторной диаграмме, U R = 0 bo , поэтому P = I 0 U R 2. Следовательно, вся мощность, генерируемая источником, выделяется в виде джоулевого тепла через резистор, что подтверждает ранее сделанный вывод.

В п. 2.3 были выведены зависимости между амплитудами тока и 0 и напряжением ℰ 0 для последовательных RLC -цепей: I 0 \ u003d ℰ 0 R 2 + (ω L - 1 ω C) 2

Значение Z = R 2 + (ω L - 1 ω C) 2 называется полным сопротивлением цепи переменного тока. Формулу для выражения зависимости между амплитудными значениями тока и напряжения в цепи можно записать в виде ЗИ 0 = 0 .

Это соотношение называется законом Ома для цепи переменного тока.Формулы (*) в начале этого раздела выражают частные случаи закона Ома (**).

Понятие импеданса играет важную роль при расчете цепей переменного тока. Для определения полного сопротивления цепи во многих случаях удобно использовать наглядный метод векторных диаграмм. Возьмем для примера параллель. RLC - цепь, подключенная к внешнему источнику переменного тока (рис. 2.4.1).

Параллельный RLC -нахлест

При построении векторной диаграммы следует учитывать, что при параллельном соединении напряжения на всех элементах r , C I L одинаковы и равны напряжение внешнего источника.Токи, протекающие в разных ветвях цепи, отличаются не только амплитудными значениями, но и фазовыми сдвигами по отношению к приложенному напряжению. Следовательно, ограничения импеданса не могут быть рассчитаны по закону параллельного включения цепей постоянного тока. Векторная диаграмма для параллелизма RLC -контур показана на рис. 2.4.2.

Векторная диаграмма параллельной цепи RLC

Из диаграммы следует: I 0 = ℰ 0 (1 R) 2 + (ω L - 1 ω C) 2 .

Следовательно, полное сопротивление параллельного RLC -контура выражается соотношением Z = 1 (1 R) 2 + (ω L - 1 ω C) 2 .

При параллельном резонансе ( ω 2 = 1 / LC ) полное сопротивление цепи принимает максимальное значение, равное активному сопротивлению резистора: Z = Zmax = R .

Фазовый сдвиг φ между током и напряжением при параллельном резонансе равен нулю.

Закон Ома часто называют Основным законом электричества. Известный немецкий физик Георг Симон Ом, открывший ее в 1826 году, установил связь между основными физическими величинами электрической цепи — сопротивлением, напряжением и силой тока.

Электрическая цепь

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, вам нужно понять, как работает электрическая цепь.

Что такое электрическая цепь? Это путь, по которому проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической цепи.

Для того чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо иметь в ней устройство, которое будет создавать и поддерживать разность потенциалов на участках цепи под действием сил неэлектрического происхождения.Такое устройство называется источником питания постоянного тока и силами внешних сил .

Это электрическая цепь, в которой расположен источник тока Т полная электрическая цепь . Источник питания в такой схеме выполняет примерно ту же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидросистеме.

Простейшая замкнутая цепь состоит из одного источника и одного потребителя. электричество, подключенное проводами.

Параметры электрической цепи

Знаменитый закон Ома был выведен экспериментально.

Давайте проведем простой эксперимент.

Соберем электрическую цепь, где источником тока будет батарея, а включенный последовательно с цепью амперметр будет устройством для измерения тока. Нагрузка представляет собой моток проволоки. Измеряем напряжение вольтметром, включенным параллельно спирали. Закончим с ключом, электрической схемой и запишем показания прибора.

Подключите вторую батарею с точно такими же параметрами к первой батарее. Давайте снова замкнем цепь. Приборы покажут, что ток и напряжение удвоились.

Если к 2 аккумуляторам добавить еще один такой же, то ток утроится, напряжение тоже утроится.

Вывод очевиден: ток в проводе прямо пропорционален приложенному к концам провода напряжению.

В нашем эксперименте значение сопротивления оставалось постоянным.Мы только изменили величину тока и напряжения на проводнике. Давайте просто оставим одну батарею позади. А вот в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Сопротивление у них разное. Подключив их поочередно, мы также будем фиксировать показания прибора. Мы увидим, что здесь все наоборот. Чем больше значение сопротивления, тем меньше ток. Ток цепи обратно пропорционален сопротивлению .

Таким образом, наш опыт позволил установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Опыт

Ома, конечно, был другим. В те времена не было амперметров, и он использовал крутильные весы Кулона для измерения тока Ома. Источником электричества был элемент Вольта, сделанный из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещали в ртутные чашки. Туда же завели концы силового кабеля. Провода имели одинаковое сечение, но разную длину. За счет этого значение сопротивления изменилось. Скручивая по очереди различные провода, мы наблюдали угол поворота магнитной стрелки в торсионном равновесии.На самом деле измерялась не сила самого тока, а изменение магнитного действия тока за счет включения в цепь проводов разного сопротивления. Ом назвал это «потерей мощности».

Но, так или иначе, эксперименты ученого позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Саймон Ом

Закон Ома для полной цепи

Между тем, формула, выведенная самим Омом, выглядела так:

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: " Сила тока в цепи пропорциональна действующему в цепи электромагнитному полю и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннее сопротивление источника 9000 Ом.

В опытах Ома число x показал изменение тока. В современной формуле соответствует силе тока и течет в цепи. Значение но характеризуется свойствами источника напряжения, что соответствует современному определению электродвижущей силы (ЭДС) ε . Значение количества I зависела от длины проводов, соединяющих элементы электрической цепи.Это значение было аналогом сопротивления внешней электрической цепи r . Параметр б характеризовали свойства всей установки, на которой проводился эксперимент. В современных обозначениях это . - источник тока с внутренним сопротивлением.

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

СЭМ источника равен сумме падений напряжения на внешней цепи ( U ) и на самом источнике ( U 1 ).

ε = U + У 1 .

Из закона Ома и = У / р результатов из этого 90 062 U = и р но У 1 = и р .

Подставив эти выражения в предыдущее, получим:

ε = I R + I R = I (R + R) , где

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению тока на сопротивление. У = ИР. Всегда меньше ЭДС источника. Разница равна значению U 1 = i r .

Что происходит, когда используется батарея или аккумулятор? По мере разрядки батареи ее внутреннее сопротивление увеличивается.Следовательно, U 1 увеличивается и по убыванию U .

Полный закон Ома преобразуется в закон Ома для участка цепи, если из него удалить исходные параметры.

Короткое замыкание

Что делать, если сопротивление внешней цепи внезапно падает до нуля? В быту мы можем наблюдать это, если, например, повреждена электрическая изоляция проводов и они находятся вплотную друг к другу. Существует явление, называемое короткое замыкание .ток с именем ток короткого замыкания , он будет очень большим. При этом будет выделяться большое количество тепла, способного вызвать возгорание. Чтобы этого не произошло, в цепь ставят устройства, называемые предохранителями. Они сконструированы таким образом, чтобы иметь возможность разрывать электрическую цепь в случае короткого замыкания.

Закон Ома для переменного тока

В цепи переменного напряжения помимо обычного активного сопротивления присутствует реактивное сопротивление (емкость, индуктивность).

Для таких цепей У = и З , где Z - полное сопротивление, включая активную и реактивную составляющие.

Зато мощные электромобили и электростанции. В окружающих нас бытовых приборах реактивная составляющая настолько мала, что ею можно пренебречь и использовать для расчетов простую форму записи закона Ома:

и = У / р

Сила и закон Ома

Ом не только нашел взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением электрической цепи, но и вывел уравнение для мощности:

Р = У и = и 2 р

Как видите, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность.Так как проводник или резистор не являются нагрузкой, мощность, которая на них падает, считается потерями мощности. Он идет разогревать дирижера. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше мощности на нем теряется. Для уменьшения теплопотерь в цепи применяют провода меньшего сопротивления. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Вместо эпилога

Маленький совет для тех, кто запутался и не помнит формулу закона Ома.

Разделите треугольник на 3 части. И как мы это делаем, совершенно неважно. В каждую из них запишем величины, входящие в закон Ома – так, как показано на рисунке.

Закрыть искомое значение. Если остальные значения находятся на одном уровне, умножьте их. Если они находятся на разных уровнях, нужно разделить значение выше на меньшее.

Закон Ома

широко используется на практике при проектировании электрических сетей на производстве и в быту.

В природе существует два основных типа материалов: проводящие и непроводящие (диэлектрики). Эти материалы отличаются наличием условий для протекания в них электрического тока (электронов).

Делают электрические проводники из проводящих материалов (медь, алюминий, графит и многие другие), в которых электроны не связаны и могут свободно двигаться.

В диэлектриках электроны прочно связаны с атомами, поэтому по ним не может течь ток. Ими изолируют провода, детали электроприборов.

Для того, чтобы электроны начали двигаться в проводнике (по участку цепи потечет ток), они должны создать условия. Для этого должен быть избыток электронов в начале отрезка цепи и недостаток в конце. Для создания таких условий используются источники напряжения - батареи, аккумуляторы, электростанции.

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон электрического тока. Его именем названы закон и единица измерения сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше напор воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы сопротивление воды уменьшается) - тем больше воды потечет.Если представить, что вода — это электроны (Электричество), то чем толще провод и чем выше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) — тем больший ток будет протекать по цепи.

Величина тока, протекающего через электрическую цепь, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Где и - сила тока, измеряемая в амперах и обозначаемая буквой АЛЭ ; У У ; r - сопротивление измеряется в омах и маркируется Ом .

Если известно напряжение питания U и электрическое сопротивление r , то по приведенной выше формуле с помощью онлайн-калькулятора легко определить силу тока, протекающего по цепи и .

Для расчета используется закон Ома

. Электрические параметры, электропроводка, нагревательные элементы, все радиоэлементы, современная электронная техника, будь то компьютер, телевизор или мобильный телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто необходимо определить недействительную силу и и значение сопротивления r .Преобразовав формулу закона Ома, можно вычислить величину сопротивления r , зная протекающие токи и и напряжение U .

Может потребоваться расчет значения сопротивления, например, при изготовлении нагрузочного блока для тестирования блока питания компьютера. Обычно на корпусе компьютерного блока питания есть этикетка, на которой указан максимальный ток нагрузки для каждого напряжения. Достаточно ввести в поля калькулятора заданные значения напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате расчетов мы получим значение сопротивления нагрузки для заданного напряжения.Например, для напряжения +5 В при максимальном токе 20 А сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула закона Джоуля-Ленца

Мы рассчитали номинал резистора для изготовления блока нагрузки для компьютерного блока питания, но нам еще нужно определить какой мощности должен быть резистор? Поможет в этом еще один закон физики, который был независимо открыт двумя физиками одновременно. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон был назван в их честь - Закон Джоуля-Ленца .

Мощность, потребляемая нагрузкой, прямо пропорциональна приложенному напряжению и протекающему току. Другими словами, при изменении значения напряжения и тока пропорционально изменяется и потребляемая мощность.

где P - мощность измеряется в ваттах и ​​обозначается Вт ; U - напряжение, измеряемое в вольтах и ​​обозначаемое буквой W ; и - сила тока, измеряемая в амперах и обозначаемая буквой АЛЭ .

Когда вы знаете напряжение питания и ток, потребляемый электрическим прибором, вы можете использовать формулу, чтобы определить, сколько энергии он потребляет.Просто введите данные в поля под онлайн-калькулятором.

Закон Джоуля-Ленца также позволяет узнать, какой ток потребляет электроприбор, зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока нужна, например, для выбора сечения жилы при прокладке электрических кабелей или для расчета номинального значения.

Например, рассчитаем потребление тока стиральной машиной. По паспорту потребляемая мощность 2200 Вт, напряжение в домашней электросети 220 В.Подставляем данные в окна калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток 10 А.

Другой пример, когда вы решили установить в свой автомобиль дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность установленного электроприбора, легко рассчитать потребляемый ток и выбрать подходящее сечение провода для подключения к бортовой сети автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет 100 Вт (мощность лампочки, установленной в фаре), напряжение бортовой сети автомобиля 12 В.Заносим значения мощности и напряжения в окна калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока будет 8,33 А.

Разобравшись только с двумя простейшими формулами, вы сможете легко рассчитать токи, протекающие по проводам, потребляемую мощность любых электроприборов - вы практически начнете понимать основы электротехники.

Преобразованные формулы для законов Ома и Джоуля-Ленца

Нашел в интернете картинку в виде круглой таблички, на которой удачно разместились формулы законов Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул.Плата не связана четырьмя секторами и очень удобна в практическом использовании.

По таблице легко подобрать формулу расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, вам нужно определить потребляемый ток изделия на основе известной мощности и напряжения. По таблице в текущем секторе мы видим, что для расчетов подходит формула I = P/U.

А если вы хотите определить напряжение питания U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U = P/I.

Значения, подлежащие замене в формулах, должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или омах.

Закон Ома является одним из основных законов электротехники. Он достаточно прост и используется для расчета практически любой электрической цепи. Однако этот закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности следует всегда помнить.

Классическая диаграмма закона Ома выглядит так:

Звучит еще проще - ток, протекающий на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:

Но мы знаем, что помимо активного сопротивления R есть еще реактивные сопротивления индуктивности X L и емкости X C.Но надо признать, что электрические цепи с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Рассмотрим цепь, в которой катушка индуктивности L, конденсатор C и резистор R соединены последовательно:

Помимо чисто активного сопротивления R индуктивность L и емкость С имеют также реактивные сопротивления X L и X C, которые выражаются формулами:

Где ω — циклическая частота решетки, равная ω = 2πf. f — частота сети в Гц.

Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно, реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)) и емкость будет обращена в бесконечность (2), что приведет к разрыву электрической цепи .Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного напряжения теряется.

Если рассматривать классическую электрическую цепь и переменный ток, то он практически не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного тока - переменного тока):

Следовательно, формула для такого контура останется прежней:

А если усложнить схему и добавить в нее реактивные элементы:

Ситуация резко изменится.Теперь f не равно нулю, что свидетельствует о том, что помимо активного в цепь вводится еще и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекающего в цепи i. Теперь импеданс контура (обозначается Z) i не равно активному Z ≠ R. Формула будет выглядеть так:

Соответственно немного меняется формула закона Ома:

Почему это важно?

Знание этих нюансов поможет избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению тех или иных электрических проблем.Например, дроссель со следующими параметрами: f ном = 50 Гц, U ном = 220 В, R = 0,01 Ом, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через эту катушку, будет равным.

.

Импеданс динамика - Кратко о законе Ома

Имея дело с динамиками и усилителями, рано или поздно мы столкнемся с физической единицей сопротивления "Ом" . Он дает электрическое сопротивление в переменном токе — так называемый импеданс (сопротивление переменному току). Не волнуйтесь — вам не нужна степень по физике, чтобы понять практическое значение этих терминов при работе с динамиками и усилителями. Отвечаем на самые важные вопросы о физическом устройстве ОМ и звуковых системах Hi-Fi!

Что именно означает Ом?

Омега: Условное обозначение Ом

Ом — международная система единиц измерения электрического сопротивления.В то время как это обычно называют сопротивлением для постоянного тока, для переменного тока был установлен термин импеданс . Поскольку динамики питаются от сети переменного тока, мы часто говорим об импедансе. Символом единицы измерения ома является большой греческий символ омега. В математических формулах это значение обозначается буквой R для «сопротивления».

Что такое закон Ома?

Закон Ома описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.Это формула URI:

➥ U = I x R

➥ U – напряжение, указанное в вольтах (В)

➥ R означает, как уже было сказано, сопротивление в омах (Ом)

➥ I – сила тока, указанная в амперах (А)

Эту связь можно пояснить на следующем примере: Лошадь тянет телегу с кирпичами вверх.

Мощность в лошадиных силах можно сравнить с напряжением тока (U). Количество кирпичей соответствует силе тока (I) или количеству электронов, протекающих через проводник. Наклон горы соответствует сопротивлению (R). Если склон становится круче и сопротивление увеличивается, лошадь может перевезти меньше кирпичей с тем же усилием.

Идеальные громкоговорители Teufel:

Что означают омы для динамиков и усилителей?

Когда аудиосигналы передаются в виде переменного тока от усилителя к громкоговорителю, в цепи возникает сопротивление из-за громкоговорителей.Насколько велико это сопротивление, зависит от модели динамика. В Германии большинство громкоговорителей имеют импеданс 4 Ом. Но возможны и более высокие (8 и 16) и более низкие (2) значения. Вместо этого данные об импедансе для усилителей показывают, для каких громкоговорителей предназначен усилитель.

Что означает полное сопротивление номинальное ?

Часто для громкоговорителей указывается так называемый «Номинальный импеданс». Это означает только самое низкое значение импеданса в воспроизводимом частотном диапазоне.В зависимости от частоты во время работы громкоговорителя существуют разные импедансы. Здесь возможны различия в 10 и более раз. Наименьшее сопротивление обычно наблюдается при воспроизведении баса. Поскольку определение всех значений в воспроизводимом диапазоне частот заняло бы очень много времени, был введен номинальный импеданс. Таким образом, когда импеданс составляет от 4 до 8 Ом для громкоговорителей, это приблизительное значение.

Сопротивление здесь не требуется — эти продукты Teufel наверняка вас убедят

На фото: беспроводной передатчик сабвуфера (Sub Connect TX) и беспроводной модуль.

Columa 300 Impaq "5.1 Set" : Идеально подходит для вашего дома: ультратонкие динамики для домашнего кинотеатра и ресивер Impaq 8000 в одном устройстве: Blu-ray, AV-ресивер и CD-плеер в одном. Все идеально настроено и готово к игре.

ЗАДНЯЯ СТАНЦИЯ : этот комплект обеспечивает беспроводную передачу звука на 2 пассивных громкоговорителя и позволяет избежать помех или трудно спрятать кабели.

Что делать, если омическое сопротивление динамиков ниже, чем у нашего усилителя?

Согласно закону Ома, чем ниже импеданс громкоговорителя, тем больший ток будет выдавать усилитель.Однако слишком большой ток может ухудшить качество звука и даже привести к отключению усилителя из-за перегрева защитной цепи. В худшем случае можно повредить транзисторы усилителя. Поэтому усилитель и громкоговоритель должны быть согласованы по импедансу:

➥ В идеале импеданс динамика должен соответствовать характеристикам усилителя. Таким образом, усилитель на 6 Ом можно использовать для управления громкоговорителем с номинальным сопротивлением от 4 до 8 Ом.

➥ На практике очень редко возникает неисправность при подключении колонок с номинальным сопротивлением 4 Ом к усилителю на 6 Ом. Если усилитель установлен на максимальную громкость в течение длительного периода времени, возможно повреждение или потеря мощности.

Еще больше мощности Hi-Fi

Заключение: основные сведения о громкоговорителях и импедансе

  • Ом — единица электрического сопротивления или импеданса в цепи переменного тока.
  • Закон Ома гласит, что если сопротивление низкое, а напряжение постоянное, ток увеличивается.
  • Динамики имеют определенное сопротивление, которое указывается в омах.
  • Если указанное значение импеданса динамика ниже значения, обеспечиваемого усилителем, может произойти снижение качества звука или потеря мощности.
  • Поскольку при работе с громкоговорителями импеданс сильно зависит от частоты, приводится только наименьшее значение импеданса полосы пропускания - так называемый номинальный импеданс.
.

Основные формулы к ЕГЭ по физике. Формулы по физике, которые необходимо хорошо выучить и усвоить, чтобы успешно сдать экзамен

Приближается сессия и пора переходить от теории к практике. Мы сели на выходных и подумали, что многим студентам было бы полезно иметь под рукой набор основных физических формул. Сухие формулы с объяснением: коротко, лаконично, ничего лишнего. Знаете, очень полезная штука для устранения неполадок.Да и во время экзамена, когда из головы может «выскочить» именно то, что я жестоко помню накануне, такой выбор сослужит вам хорошую службу.

Большинство заданий обычно дается в трех самых популярных разделах физики. Тен Механика , Термодинамика I Молекулярная физика , Электричество . Возьмем их!

Основные формулы физики динамики, кинематики, статики

Начнем с самого простого. Старое доброе любимое прямое и плавное движение.

Кинематические формулы:

Конечно, не будем забывать о движении по окружности, а затем перейдем к динамике и законам Ньютона.

После динамики пора рассмотреть условия равновесия тел и жидкостей, т.е. статику и гидростатику

Теперь мы даем вам основные формулы «Работа и энергия». Где бы мы были без них!


Основные формулы молекулярной физики и термодинамики

Закончим раздел механики формулами для колебаний и волн и перейдем к молекулярной физике и термодинамике.

Выход, закон Гей-Люссака, уравнение Клапейрона-Менделеева - все эти милые формулы собраны ниже.

Кстати! Скидка 10% распространяется на всех наших читателей на.


Основные формулы физики: электричество

Пора переходить на электричество, хотя термодинамика его меньше любит. Начнем с электростатики.

А к барабану заканчиваем формулами закона Ома, электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний.

Вот и все. Конечно, можно перечислить целую кучу формул, но это бесполезно. Когда формул слишком много, легко запутаться, а потом и вовсе расплавить мозг. Надеемся, что наша шпаргалка с основными формулами физики поможет вам быстрее и эффективнее решать любимые задачи. А если вы хотите что-то уточнить или не нашли нужную вам формулу: спросите у специалистов студенческая служба . Наши авторы держат в голове сотни формул и щелкают по задачам, как орехи.Свяжитесь с нами, и вскоре каждая задача будет для вас «не по зубам».

Как правило, королевой науки считается не физика, а математика. Мы считаем это утверждение спорным, поскольку технический прогресс невозможен без знания физики и ее развития. Ввиду своей сложности он вряд ли когда-нибудь будет включен в перечень обязательных государственных экзаменов, но так или иначе кандидаты на технические специальности должны сдать его безукоризненно.Сложнее всего запомнить многочисленные законы и формулы по физике для ЕГЭ, о которых мы и поговорим в этой статье.

Секреты приготовления

Это может быть связано с кажущейся сложностью темы или популярностью гуманитарных и управленческих профессий, но в 2016 году только 24% всех абитуриентов выбрали физику, в 2017 году только 16%. Такая статистика невольно заставляет задуматься, не завышены ли требования или просто падает уровень интеллекта в стране.Почему-то не верится, что так мало 11-классников хотят остаться:

  • инженеры;
  • Ювелиры;
  • авиаконструкторов;
  • геологов;
  • пиротехника;
  • экологов,
  • технологи производства и др.

Знание формул и законов физики одинаково необходимо разработчикам интеллектуальных систем, компьютеров, оборудования и оружия. При этом все взаимосвязано. Так, например, специалисты, производящие медицинское оборудование, когда-то изучали углубленный курс атомной физики, потому что без разделения изотопов у нас не будет ни рентгеновской аппаратуры, ни лучевой терапии.Поэтому создатели ЕГЭ постарались включить все темы школьного курса и, кажется, не пропустили ни одной.

Те ученики, которые регулярно посещали все уроки физики до последнего звонка, знают, что в 5-11 классах изучается примерно 450 закономерностей. Выделить хотя бы 50 из этих четырех с половиной сотен крайне сложно, потому что все они важны. Это мнение, видимо, разделяют и создатели Codifier. Однако, если вы чрезвычайно одарены и не ограничены во времени, вам достаточно 19 формул, ведь при желании вы можете получить и остальные.За основу решили взять основные разделы:

  • механик;
  • молекулярная физика;
  • электромагнетизм и электричество;
  • оптика;
  • атомная физика.

Конечно, подготовка к экзамену должна проходить каждый день, но если вы по каким-то причинам только приступили к изучению всего материала, предлагаемый нашим центром экспресс-курс может стать настоящим чудом. Мы надеемся, что вам также пригодятся эти 19 формул:

Вы, наверное, заметили, что некоторые формулы по физике для сдачи экзамена остались необъясненными? Предоставляем вам изучить их и открыть для себя законы, по которым в этом мире происходит абсолютно все.

Для успешной подготовки к КТ по ​​физике и математике необходимо выполнение трех основных условий:

  1. Изучите все темы и выполните все тесты и задания, перечисленные в практических материалах на этой странице. Для этого вам вообще ничего не нужно, а именно: ежедневно по три-четыре часа на подготовку к КТ по ​​физике и математике, изучение теории и решение задач. Дело в том, что ЦТ – это экзамен, в котором мало знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без ошибок решать большое количество задач различной тематики и уровня сложности.Последнему можно научиться, только решив тысячи задач.
  2. выучить все формулы и законы в физике и формулы и методы в математике. На самом деле тоже очень просто, в физике всего около 200 необходимых формул, а в математике и того чуть меньше. В каждом из этих предметов есть более дюжины стандартных методов решения задач с базовым уровнем сложности, которым также можно научиться, таким образом полностью автоматически и без труда решая большую часть цифровой трансформации в нужное время.После этого вам останется только думать о самых сложных задачах.
  3. Посетить все три этапа практических испытаний по физике и математике. Каждый RT можно посетить дважды, чтобы решить оба варианта. Опять же, на ДТ помимо умения быстро и качественно решать задачи и знания формул и методов, умения правильно планировать время, распределять силы, а главное правильно заполнять бланк ответов, не путая количество ответов и задачи, или ваше собственное имя также имеет важное значение.Также во время РТ важно привыкнуть к стилю задавания вопросов в заданиях, которые неподготовленному человеку могут показаться очень необычными.

Успешное, надежное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит вам продемонстрировать отличный балл КТ, максимум, на который вы способны.

Нашли ошибку?

Если, как Вам кажется, Вы нашли ошибку в учебных материалах, пожалуйста, напишите об этом на электронную почту. Также вы можете написать об ошибке в соцсети ().В письме укажите предмет (физика или математика), название или номер темы или теста, номер задания или место в тексте (странице), где, по вашему мнению, произошла ошибка. Также опишите предполагаемую ошибку. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибку либо исправят, либо вам объяснят, почему это не было ошибкой.

Размер:

пикселей

Начать просмотр со страницы:

транскрипция

1 Формулы по физике, которые необходимо хорошо выучить и усвоить, чтобы сдать экзамен.Версия: 0.92β. Составитель: Ваулин Д.Н. Литература: 1. Перышкин А.В. Физика, 7 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Издание 13, стереотипное. Москва. Дроп Перышкин А.В. Физика, 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Издание XII, стереотипное. Москва. Дроп Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика, 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Издание 14, стереотипное. Москва. Дроп Мякишев Г.Я. и др. Физика. Механика класс 10 уровень профиля. Учебник для общеобразовательных учреждений.Выпуск 11, стереотипный. Москва. Дроп Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Молекулярная физика. Класс термодинамики 10 уровень профиля. Учебник для общеобразовательных учреждений. Издание 13, стереотипное. Москва. Дрофа Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Занятия по электродинамике. уровень профиля. Учебник для общеобразовательных учреждений. Выпуск 11, стереотипный. Москва. Дроп Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Вибрации и волны Уровень профиля 11 класса. Учебник для общеобразовательных учреждений.Издание IX, стереотипное. Москва. Дроп Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Оптика. Квантовая физика 11 класс профильного уровня. Учебник для общеобразовательных учреждений. Издание IX, стереотипное. Москва. Формулы, выделенные жирным шрифтом, стоит выучить после того, как вы освоите формулы, выделенные жирным шрифтом. 7-й класс. 1. Средняя скорость: 2. Плотность: 3. Закон Гука: 4. Сила тяжести:

2 5. Давление: 6. Давление столба жидкости: 7. Сила Архимеда: 8. Механическая работа: 9.Рабочая мощность: 10. Момент силы: 11. КПД механизма: 12. Потенциальная энергия при постоянном состоянии: 13. Кинетическая энергия: Стадия 8. 14. Количество теплоты, необходимое для нагрева: 15. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании: 16. Количество теплоты, необходимой для плавления:

3 17. Относительная влажность воздуха: 18. Количество теплоты, необходимое для испарения: 19. КПД тепловой машины: 20. Полезная работа тепловой машины: 21. Принцип заряда: 22. Ток : 23. Напряжение: 24. Сопротивление: 25.Суммарное сопротивление последовательного соединения проводов: 26. Суммарное сопротивление параллельного соединения проводов: 27. Закон Ома для участка цепи:

4 28. Сила электрического тока: 29. Закон Джоуля-Ленца: 30. Закон отражения света: 31. Закон преломления: 32. Оптическая сила линзы: класс 9. 33. Зависимость скорость-время для равноускоренного движения: 34. Отношение вектора луча от времени для равноускоренного движения: 35. Второй закон Ньютона: 36. Третий закон Ньютона: 37.Закон всемирного тяготения:

5 38. Центростремительное ускорение: 39. Импульс: 40. Закон изменения энергии: 41. Зависимость период-частота: 42. Зависимость длина волны-частота: 43. Закон количества движения: 44. Закон Ампера: 45. Ток энергия магнитного поля: 46 Формула трансформатора: 47 Среднеквадратический ток: 48 Среднеквадратичное напряжение:

6 49. Заряд конденсатора: 50. Емкость плоского конденсатора: 51. Суммарная емкость конденсаторов, соединенных параллельно: 52. Энергия электрического поля конденсатора: 53 .Формула Томпсона: 54. Энергия фотона: 55. Поглощение фотона атомом: 56. Зависимость масса-энергия: 1. Поглощенная доза облучения: 2. Эквивалентная доза облучения:

7 57. Закон радиоактивного распада: 10 градусов. 58. Угловая скорость: 59. Отношение скорости к углу: 60. Закон сложения скоростей: 61. Сила трения скольжения: 62. Сила трения покоя: 3. Сила сопротивления среды: [63. Потенциальная энергия растянутой пружины: 4. Центр радиального вектора массы:

8 64.Количество вещества: 65. Уравнение Менделеева-Клапейрона: 66. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории: 67. Концентрация частиц: 68. Зависимость средней кинетической энергии частиц от температуры газа: 69. Внутренняя энергия газа: 70. Рабочий газ : 71 Первый закон термодинамики : 72. КПД машины Карно: 5. Тепловое линейное расширение: 6. Тепловое объемное расширение:

9 73. Закон Кулона: 74. Напряженность электрического поля: 75. Напряженность электрического поля точечного заряда: 7.Поток электрического поля: 8. Теорема Гаусса: 76. Потенциальная энергия заряда при постоянном: 77. Потенциальная энергия тел: 78. Потенциальная энергия взаимодействия зарядов: 79. Потенциал: 80. Разность потенциалов: 81. Напряженность и напряжение однородного электрического поля соотношение:

10 82. Суммарная емкость последовательно соединенных конденсаторов: 83. Температурная зависимость удельного сопротивления: 84. Первый закон Кирхгофа: 85. Закон Ома для полной цепи: 86. Второй закон Кирхгофа: 87.Закон Фарадея: 11 класс. 9. Закон Био-Савара-Лапласа: 10. Магнитная индукция бесконечного провода: 88. Сила Лоренца:

11 89. Магнитный поток: 90. Закон электромагнитной индукции: 91. Индуктивность: 92. Зависимость изменения величины по гармоническому закону от времени: 93. Зависимость скорости изменения величины, изменяющейся по гармоническому закону времени: 94. Зависимость ускорения изменения величины от времени по гармоническому закону времени время: 95.Период вибрации нитевого маятника: 96. Период вибрации пружинного маятника: 11. Емкость: 12. Индуктивное сопротивление:

12 13. Сопротивление переменному току: 97. Формула для тонкой линзы: 98. Максимальное условие интерференции: 99. Минимальное условие интерференции: 14. Преобразование Лоренца координат: 15. Преобразование Лоренца времени: 16. Релятивистский закон сложения скоростей: 100. Зависимость массы тела от скорости: 17. Релятивистская связь между энергией и импульсом:

13 101. Уравнение фотоэффекта : 102.Красный предел фотоэффекта: 103. Длина волны де Бройля:


Савченко Н.Е. ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ С АНАЛИЗОМ ИХ РЕШЕНИЙ В книге дана методика решения задач по физике с анализом типичных ошибок, допускаемых кандидатами на вступительных экзаменах. Рекомендуемая сборка

Аннотация к рабочей программе по физике 7-9 классы. Рабочая программа разработана на основе: 1. Примерной программы общего среднего образования по физике.2. Основные общеобразовательные программы по физике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный морской и речной университет»

12.5.13. Физика Механические явления признают механические явления и объясняют на основе имеющихся знаний основные свойства или условия возникновения этих явлений: прямолинейный равномерный и равноускоренный

ДОПОЛНЕНИЕ К ПРОГРАММЕ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ "ФИЗИКА" (ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ) Рабочая программа по математике выполнена на основе федерального компонента государственного стандарта высшей школы (полная)

Рассмотрено на собрании Московской области Согласовано Утверждено учителями математики и зам.физики.Директор водного хозяйства МБОУ з Ключами директор средней школы / Камалтдинова З.З./ / Селянина Ф.Ф./ / Селянина З.Р / 2011 2011 Приказ

2 Подготовил: Куцов А.М., доцент кафедры естественных наук, д.х.н. геол.-горняк. наук Утверждено на заседании факультета естественных наук 03.02.2014, протокол 3 3 1. ОБЪЯСНЕНИЕ

Программа работы учебной дисциплины разработана на основе Федерального образовательного стандарта (далее - ФГОС) по специальности среднего профессионального образования 600 "Технология молока

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральный институт развития образования ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ ДИСЦИПЛИНЫ для профессий основного профессионального образования и специальностей

2 3 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Программа дисциплины «Физика» предназначена для изучения физики в учреждениях среднего профессионального образования, реализующих программу среднего (полного) образования

ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ ПОДГОТОВКА К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ.11 класс ОБЪЯСНЕНИЕ Базовый уровень изучения физики не предназначен для подготовки учащихся к продолжению обучения в вузах

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение "Гатчинский лицей 1" Приложение к образовательной программе среднего общего образования, утвержденной приказом 80 от.

РП по физике - 0 класс (начальный уровень) Пояснения РП по физике составлен на основе федерального компонента ГОСО

Минобрнауки Государственное бюджетное Профессионально-образовательное учреждение Республики Хакасия «ПТУ 15» с.Бей ОБСУЖДЕНО на заседании МО ОД (протокол

2. Пояснительная записка. Программа соответствует федеральному компоненту государственного стандарта основного общего образования по физике (Приказ Минобразования России от 5 марта 2004 г. № 1089 «Об утверждении

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ФИЗИКА (ПД.02) для специальности среднего профессионального образования 23.02.01 «Организация транспорта и управление транспортом (по видам)»

Аннотации к рабочим программам по физике 10-11 класс 10 класс

3-7.На шелковых нитях длиной 50 см, соединенных в одной точке, подвешены два одинаково заряженных шара массой 0,2 г каждый. Определить заряд каждого шара, если они удалились друг от друга на

.

Формулы по физике для студента, сдающего ГИА по ФИЗИКЕ (9 класс) Кинематика Линейная скорость [м/с]: L наземная: P средняя: мгновенная: () в проекции на ось X: () () где _ X xx направление: касательная

Рабочая программа по физике 11 класс (2 часа) 2013-2014 учебный год Пояснение Рабочая общеобразовательная программа «Физика.Базовый уровень» разработан на основе Типовой программы

ЭЛЕКТРОСТАТИКА 1. Два вида электрических зарядов и их свойства. Методы зарядки телефона Наименьший неделимый электрический заряд. Единица электрического заряда. Закон сохранения электрических зарядов. Электростатика.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (базовый уровень) 4 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 35 часов 4.1 Элементарный электрический заряд. 1 Вы знаете: 4.2 Закон сохранения электрического заряда Закон Кулона 1 понятие: электрический

Программа элективных курсов на уроках физики."Методика решения задач по физике повышенной сложности, класс" час, час в неделю Под редакцией: Шмидт Е.Ф., учитель физики первой категории, МОУ "Сосновская СОШ"

Пояснительная записка Программа работы по физике для 0 класса разработана на основе Программы общеобразовательных учреждений по физике для 0 класса, авторы программы Саенко П.Г., Сынов В.С. Данюшенков, О.В.

Рабочая программа по физике разработана на основе федерального компонента государственного стандарта основного общего образования.Данная рабочая программа ориентирована на учащихся 11 классов и реализуется

Учебно-методический комплекс (УМК) Физика Аннотация к рабочей программе 7 класса А.В. Перышкин. 7 класс физики. Москва. Выпадение 2012 г. Перишкин. Сборник задач по физике 7-9. Московский ЕГЭ 2015 Образовательная

Муниципальная автономная общеобразовательная общеобразовательная школа № 102 г. Челябинска ПРОГРАММА РАБОТЫ Оксенчук 2014

ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ЭКЗАМЕНОВ ПО ФИЗИКЕ Эта программа основана на существующих общеобразовательных программах.1.1. Кинематика 1. МЕХАНИКА Механическое движение.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по физике составлена ​​на основе примерной программы общего среднего образования по базовой физике и соответствует ФГС

Пояснительная записка Программа подготовлена ​​в соответствии с: Закон об образовании от 29 февраля 2022 г. № 273-ФЗ «Закон об образовании в Российской Федерации»; 2. Образцовая общеобразовательная школьная программа по физике.0- захват.,

«Згода» «Згода» на заседании методического объединения учителей Директор ГБОУ ОСОШ 88 Биология, физика, химия Маслова В.М. Минуты 201 201 Глава Министерства национальной обороны, учителя биологии и физики, 9000 3

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа 41 «Гармония с углубленным изучением отдельных предметов» Самарского городского округа ПРОГРАММА РАБОТЫ Предмет Физика Занятия 9 Количество часов

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение неполной средней школы 5 города Ставрополя Рассмотрено: на заседании Министерства обороны, учителей естественных дисциплин МБОУ средней общеобразовательной школы 5 протокол № 1 от 9 августа 014.Согласовано:

Лицей автономной некоммерческой организации высшего профессионального образования Академии «МЕЖДУНАРОДНЫЙ МОСКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» «СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДЕНО» Глава Московской области директор Полунинского лицея О.В. 201

УТВЕРЖДЕН Ректором ФГБОУ ВПО «МГУДТ» В.С. Белгородский 2015 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Приложение 5 Соблюдение сроков перевода тем из физики в этапы Всероссийской олимпиады

Инструктивно-методическое письмо по обучению физике в 2015/16 учебном году Документы, необходимые для реализации процесса обучения физике в начальных, средних и профильных классах:

ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ Программа основана на обязательном минимуме содержания общего среднего (полного) образования.Экзаменационные задания по физике входят в объем этой программы, но требуют

«Физика. 10 класс» и «Физика. 11 класс» Начальная страница 1 из 17 МОУ Киришская средняя школа 8 Согласована с заместителем директора по управлению водными ресурсами Королева Е.А.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ ФИЗИКА 2013

Управление образования АМО ГО «Сыктывкар» Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 9» (МОУ «СОШ 9») «9-а Шӧр школа» МО Велодан 02-01 Рекомендовано

Министерство физической культуры, спорта и молодежной политики Свердловской области Государственное автономное образовательное учреждение среднего профессионального образования Свердловской области «Школа

Департамент образования и науки Кемеровской области Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Кемерово Городское Коллегиум Будовлане»В.И. Заузелкова

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа 13» города Сарова РАССМОТРЕНО на заседании методического школьного объединения учителей естественнонаучного цикла Протокол № 1 от 29 августа 2016 года СОГЛАСОВАНО

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ 0 КЛАССА БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ СОГЛАСНО СПРАВОЧНИКУ G.Я.МЯКИШЕВ, Б.Б.БУХОВЦЕВ (36 часов 2 часа в неделю). ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа основана на федеральном компоненте

Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением иностранного языка при Посольстве РФ в Великобритании СОГЛАСОВАНО на заседании МС (Зубов С.Ю.) 10 сентября 2014 г. УТВЕРЖДЕНО директором школы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" "УТВЕРЖДЕН" Ректор

Министерство образования и науки Челябинской области ГОУ СПО «Троицкое педагогическое училище» Рабочая программа дисциплины ОДБ.11 Физика, специальность 050146 Обучение в начальной школе

Экзамен в 8 классе общеобразовательной школы включает в себя проверку теоретических знаний (1 вопрос) и практических навыков в виде навыков решения задач (1 задание). Во время экзамена можно пользоваться линейкой и калькулятором.

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 14» г. Воркуты РАССМОТРЕН Школьно-методическим объединением учителей естественно-математического цикла Протокол № 1 от 30.08.2013

ГБОУ СОШ 18 с углубленным изучением математики Василеостровского района Санкт-Петербурга ОБСУЖДЕНО на заседании протокол Минобороны

Пояснительная записка При составлении программного федерального компонента государственного стандарта среднего (полного) общего физического образования, утвержденного

, использованы следующие нормативно-правовые документы

Автономное профессиональное образовательное учреждение Удмуртской Республики «Ижевский промышленно-экономический колледж» Учебно-программная документация ФИЗИКА (профильный уровень) Республики Польша.ОДП.16.СПО-01-2014

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа 39 им. Георгий Александрович Чернов», Воркута Рассмотрено на педагогическом собрании факультета математики, физики и информатики

Аннотация к рабочей программе по теме "Физика" 10-11 класс 10 класс Рабочая программа предназначена для работы в 10 классе общеобразовательной школы и составлена ​​на основе:

Anatacja Программа работы по дисциплине «Физика» предназначена для изучения физики в учреждениях начального и среднего профессионального образования, реализующих образовательную программу для общеобразовательных школ

Q2 2.1. Название Основы динамики. Основными законами механики являются законы Ньютона. НА 2015-2020 ГОД ОБУЧЕНИЯ Сформулировать понятие силы как количественного признака взаимодействия тел. Исследование

СОДЕРЖАНИЕ. Пояснения 3 2. Содержание курса 5 3. Расписание практической части рабочей программы 0 4. Календарно-тематический план... 6 5. Список литературы для студентов... 33 6. Список

Q2 2.1. Название Изменение агрегатных состояний вещества. НА ПЕРИОД ИЗУЧЕНИЯ 2015-2020 Продолжайте формировать представления о внутренней энергии.Выучить формулу расчета количества теплоты,

Министерство образования Республики Беларусь

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Забайкальский государственный университет»

СИБИРСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЙ КООПЕРАЦИИ ВСТУПИТЕЛЬНО-ФИЗИЧЕСКАЯ ПРОГРАММА Новосибирск ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИКА 2. Кинематика. Справочная система.Методы описания местоположения точки. Характеристики движения точки для разных способов описания позиции. Уравнения движения. Дополнения к кинематическому движению

Маршрут 1 Вариант 1 1. Точка движется вдоль оси x по закону x = 8 + 12t - 3t 2 (м). Определить скорость точки через t = 1 с 2. Тело массой m = 1 кг движется по горизонтальной поверхности под действием

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ф.Г. Попова (филиал) ГОУ ВПО «КАЛМЫКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Государственное бюджетное образовательное учреждение 13 средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением английского языка в Невском районе Санкт-Петербурга Аннотация к рабочей программе на

.

выражений закона Ома. Формула для расчета падения напряжения на емкости. Дифференциальная форма закона Ома

Закон Ома — это основной закон, используемый для расчета цепей постоянного тока. Это основа и может быть применена к любым физическим системам, где есть потоки частиц и поля, где преодолевается сопротивление.

Законы или правила Кирхгофа представляют собой применение закона Ома для расчета сложных электрических цепей постоянного тока.

Закон Ома

Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи (участок цепи, содержащий источник электромагнитного поля) имеет вид:

Разность потенциалов на концах участка цепи; - ЭДС источника на рассматриваемом участке цепи; R — внешнее сопротивление цепи; r — внутреннее сопротивление источника ЭДС.Если цепь разомкнута, то тока в ней нет (), то из (2) получаем:

СЭМ, работающий в разомкнутой цепи, равен разности потенциалов на его концах. Оказывается, чтобы найти электродвижущую силу источника, необходимо измерить разность потенциалов на его выводах при разомкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи записывается как:

Это значение иногда называют импедансом цепи. Формула (2) показывает, что электродвижущая сила источника тока, деленная на импеданс, равна току в цепи.

Закон Кирхгофа

Пусть имеется произвольная разветвленная сеть проводников. Различные источники питания содержатся в отдельных секциях. Электромагнитное поле источников постоянно и будет считаться известным. При этом токи на всех участках цепи и разность потенциалов на них можно рассчитать с помощью закона Ома и закона сохранения заряда.

Для упрощения решения задач расчета разветвленных электрических цепей, имеющих несколько замкнутых цепей, используют несколько источников ЭДС, законы (или правила) Кирхгофа.Правила Кирхгофа используются для составления системы уравнений, из которых можно найти токи в элементах сложной разветвленной цепи.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов в узле цепи, включая их знаки, равна нулю:

Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи, есть заряд, достигающий узла в единицу времени.

При составлении уравнения по законам Кирхгофа важно учитывать знаки, с которыми действующие силы входят в эти уравнения.Следует учитывать, что токи, приходящие на ветку и выходящие из ветки, имеют противоположные знаки. В этом случае нужно определить для себя, какое направление (к узлу или от него) считается положительным.

Второй закон Кирхгофа

Произведение алгебраического значения тока (I) на сумму внешних и внутренних сопротивлений всех участков замкнутой цепи равно сумме алгебраических значений внешнего электромагнитного поля () цепи в вопросе:

Каждое изделие задает разность потенциалов, которая существовала бы между концами соответствующего участка, если бы ЭДС в нем была равна нулю.Это значение называется падением напряжения из-за тока.

Второй закон Кирхгофа иногда формулируют следующим образом:

В случае замкнутой цепи сумма падений напряжения равна сумме электромагнитного поля в рассматриваемой цепи.

Второе правило (закон) Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Таким образом, при наличии в изолированной замкнутой цепи одного источника ЭДС ток в цепи будет таким, что сумма падения напряжения на внешнем сопротивлении и внутреннем сопротивлении источника будет равна внешней ЭДС источника .Если источников ЭДС несколько, берется их алгебраическая сумма. Знак ЭДС выбирается положительным, если при движении по контуру в положительном направлении сначала встречается отрицательный полюс источника. (Для положительного направления обхода используйте направление обхода по часовой стрелке или против часовой стрелки.)

Примеры устранения неполадок

ПРИМЕР 1

Упражнение Вольтметр был включен последовательно в цепь с равным сопротивлением, при этом прибор показывал напряжение.Сопротивление было изменено на. При этом показания вольтметра изменились, а напряжение на вольтметре стало. Чему равно сопротивление, если сопротивление вольтметра равно r?


Решение По закону Ома ток через вольтметр и сопротивление равен (в первом случае, рис. 1, а)):

Во втором случае:

Сила тока в любом месте цепи на рис.1(а), следовательно, является напряжением, которое вольтметр показывает в первом случае, равно:

Z (1.3) получаем:

Во втором случае имеем:

Приравняем левые части выражений (1.4) и (1.5):

Из формулы (1.6) выражаем искомое сопротивление:

Отправить хорошую работу в базу знаний легко. Используйте форму

ниже

Студенты, докторанты и молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

90 100 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Факультет естественных наук

90 100 абстрактный

90 100 Закон Ома 90 101

90 100 Завершено: 90 101

Иванов М.А.

Введение

1. Общий взгляд на закон Ома

2. История открытия закона Ома, краткая биография ученого

3. Типы законов Ома

4. Первые испытания сопротивления проводников

5. Электрические измерения

Заявка

Литература, другие источники информации

90 100 Введение

Явления, связанные с электричеством, наблюдались в Древнем Китае, Индии и Древней Греции за несколько столетий до начала нашей эры.Около 600 г. до н.э., согласно сохранившимся преданиям, древнегреческий философ Фалес Милетский знал о свойствах втертого в шерсть янтаря притягивать легкие предметы. Кстати, древние греки называли янтарь словом «электрон». От него же произошло и слово «электричество». Но греки только наблюдали явления электричества, но не могли их объяснить.

Девятнадцатый век был полон открытий, связанных с электричеством. Одно открытие породило цепочку открытий на протяжении нескольких десятилетий.Электричество из предмета исследования стало превращаться в предмет потребления. Его начали широко внедрять в различные производственные сферы. Были изобретены и созданы электродвигатели, генераторы, телефон, телеграф, радио. Начинается внедрение электричества в медицину.

Напряжение, ток и сопротивление — физические величины, характеризующие явления в электрических цепях. Эти суммы связаны друг с другом. Эта связь была впервые исследована немецким физиком Ом.Закон Ома был открыт в 1826 г.

1. Общий вид закона Ома

Закон Ома выглядит так: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке (при заданном сопротивлении) и обратно пропорциональна сопротивлению участка (при заданном напряжении): I\ u003d U/R, то из формулы следует, что U = IChR и R = U/I. Так как сопротивление данного проводника не зависит ни от силы напряжения, ни от силы тока, то последнюю формулу следует читать так : сопротивление данного проводника равно отношению напряжения на его концах к протекающему по нему току.В электрических цепях чаще всего проводники (потребители электроэнергии) соединяют последовательно (например, лампочки в елочных гирляндах) и параллельно (например, бытовые электроприборы).

При последовательном соединении сила тока в обоих проводах (лампы накаливания) одинакова: I = I1 = I2, напряжение на концах рассматриваемого участка цепи равно сумме напряжений на первом и втором лампочки: U=U1+U2. Общее сопротивление сечения равно сумме сопротивлений лампочек R = R1 + R2.

При параллельном соединении резисторов напряжение на участке цепи и на концах резисторов одинаково: U=U1=U2. сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил тока в отдельных резисторах: I = I1 + I2. Суммарное сопротивление секций меньше сопротивления каждого резистора.

Если сопротивления резисторов одинаковы (R1 = R2), то общее сопротивление секции Если в цепи параллельно соединены три и более резисторов, общее сопротивление может быть -

находим по формуле: 1/R=1/R1+1/R2+...+1/РН. Параллельно подключаются потребители сети, которые рассчитаны на напряжение, равное напряжению сети.

Итак, закон Ома устанавливает связь между настоящей силой I в проводнике и разности потенциалов (напряжении) U между двумя неподвижными точками (отрезками) этого проводника:

Коэффициент пропорциональности R , зависящий от геометрических и электрических свойств проводника и от температуры, называется омическим сопротивлением или просто сопротивлением данного участка проводника.

2. История открытия закона Ома, краткая биография ученого

Георг Симон Ом родился 16 марта 1787 года в Эрлангене в семье потомственного слесаря. Окончив школу, Георгий поступил в городскую гимназию. Эрлангенская гимназия находилась в ведении университета. Занятия в гимназии вели четыре профессора. Георг, окончив гимназию, весной 1805 г. начал изучать математику, физику и философию на философском факультете Эрлангенского университета.

После трех семестров он принял приглашение стать учителем математики в частной школе в Готштадте, Швейцария.

В 1811 году он вернулся в Эрланген, окончил университет и получил степень доктора наук. Сразу после окончания университета ему предложили должность приват-доцента на математическом факультете этого же университета.

В 1812 г. Ом был назначен учителем математики и физики в школу в Бамберге. В 1817 году он опубликовал свой первый печатный труд по методике обучения «Наилучший вариант преподавания геометрии в подготовительных классах».Ом начал исследовать электричество. Ом основал свой электрический измерительный прибор на конструкции кулоновских крутильных весов. Ом опубликовал результаты своего исследования в виде статьи под названием «Предварительное сообщение о законе, по которому металлы проводят контактный ток». Статья была опубликована в 1825 году в «Журнале физики и химии» под редакцией Швайггера. Однако найденное и опубликованное Омом выражение оказалось неверным, что явилось одной из причин его длительного непризнания.Приняв все меры предосторожности, предварительно устранив все предполагаемые источники погрешности, Ом приступил к новым измерениям.

Опубликована его знаменитая статья «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с изложением теории вольтового аппарата и множителя Швайггера», опубликованная в 1826 г. в «Журнале физики и химии».

В мае 1827 г. «Теоретическое исследование электрических цепей» на 245 страницах теперь содержало теоретические рассуждения Ома об электрических цепях.В этой работе ученый предложил характеризовать электрические свойства проводника на основе его сопротивления и ввел этот термин в научный оборот. Ом нашел более простую формулу справа от участка электрической цепи, не содержащего электромагнитного поля: «Величина тока в гальванической цепи прямо пропорциональна сумме всех напряжений и обратно пропорциональна сумме укороченных длин При этом общая приведенная длина определяется как сумма всех отдельных приведенных длин для однородных участков разной проводимости и сечения».

В 1829 г. была опубликована его статья «Экспериментальное исследование работы электромагнитного умножителя», заложившая основы теории электроизмерительных приборов. Здесь Ом предложил единицу сопротивления, в качестве которой он выбрал сопротивление медного провода длиной 1 фут с поперечным сечением в 1 квадратную линию.

В 1830 г. было опубликовано новое исследование Ома «Попытка создания приближенной теории униполярной проводимости». Лишь в 1841 г. работа Ома была переведена на английский язык, в 1847 г. — на итальянский, а в 1860 г. — на французский.

16 февраля 1833 года, через семь лет после публикации статьи, в которой было опубликовано его открытие, Ому была предложена должность профессора физики во вновь организованном Нюрнбергском технологическом университете. Ученый начинает исследования в области акустики. Ом сформулировал результаты своих акустических исследований в закон, который позже стал известен как акустический закон Ома.

Раньше всех зарубежных ученых закон Ома признали русские физики Ленц и Якоби.Они также помогли в его международном признании. При участии русских физиков Лондонское Королевское общество 5 мая 1842 года наградило Ома золотой медалью и избрало его своим членом.

В 1845 году он был избран действительным членом Баварской академии наук. В 1849 году ученого пригласили в Мюнхенский университет на должность доцента. В том же году он стал хранителем Государственной коллекции физико-математических приборов с параллельными лекциями по физике и математике.В 1852 году Ом был назначен профессором. Ом умер 6 июля 1854 года. В 1881 году на электрическом конгрессе в Париже ученые единогласно утвердили название единицы сопротивления - 1 Ом.

90 100 3. Виды законов Ома

Существует несколько типов закона Ома.

90 100 Закон Ома для однородного звена цепи (источник питания не входит в комплект): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:

90 100 Закон Ома для полной цепи — сила тока в цепи пропорциональна электромагнитному полю, действующему в цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника.

где I - сила тока

Э - электродвижущая сила

Ом - внешнее сопротивление цепи (т.е. сопротивление этой

часть цепи, находящаяся вне источника электромагнитного поля)

СЭМ - работа внешних сил (т.е. сил неэлектрического происхождения), перемещающих заряд в цепи, отнесенная к величине заряда.

Единицы:

ЭДС - Вольт

Ток - ампер

Сопротивления (R и r) - Ом

Применяя основной закон электрической цепи (закон Ома), можно объяснить многие явления природы, которые на первый взгляд кажутся загадочными и парадоксальными.Например, всем известно, что любой контакт человека с электрическими проводниками под напряжением смертелен. Достаточно одного прикосновения к оборванному проводу высоковольтной линии, чтобы убить человека или животное электрическим током. Но при этом мы все равно видим, как птицы спокойно сидят на высоковольтных линиях, и жизни этой живности ничего не угрожает. Так как же найти объяснение этому парадоксу?

Объясняется это явление просто, если представить, что птица, помещенная на электрический провод, является одним из участков электрической сети, сопротивление другого значительно превышает сопротивление другого участка той же цепи (то есть небольшой щель между лапами птицы).Следовательно, сила электрического тока, действующая на первый участок цепи, т. е. на тело птицы, будет для него совершенно безопасной. Однако его полная сохранность гарантируется только при контакте с отрезком высоковольтного провода. Но как только птица, сидящая на линии электропередач, коснется крылом или клювом провода или любого предмета, находящегося поблизости (например, телеграфного столба), птица неминуемо погибнет. Ведь шест напрямую связан с землей, и поток электрических зарядов, пройдя в тело птицы, способен тут же убить ее, стремительно продвигаясь к земле.К сожалению, из-за этого в городах гибнет много птиц.

Для защиты птиц от вредного воздействия электричества зарубежные ученые разработали специальные устройства - насесты для птиц, изолированные от электричества. Такие устройства размещались на высоковольтных линиях. Птицы, сидящие на изолированных насестах, могут касаться проводов, столбов или опор клювом, крыльями или хвостом без какой-либо угрозы для жизни. Верхняя поверхность, так называемая роговой слой кожи человека.Сопротивление сухой и неповрежденной кожи может достигать 40 000–100 000 Ом. Слой ороговевшей кожи очень мал, всего 0,05 - 0,2 мм. и легко пробивается при напряжении 250 В. При этом сопротивление падает в сто раз, причем падает тем быстрее, чем дольше действует ток на организм человека. Резко, до 800 - 1000 Ом, иммунитет организма человека снижается при повышенной потливости кожи, переутомлении, нервном возбуждении, отравлении. Это объясняет, что иногда даже небольшое напряжение может вызвать поражение электрическим током.Если, например, сопротивление тела человека 700 Ом, то опасными будут только 35 В. Поэтому, например, электрики даже при работе с 36 В используют изолирующие средства защиты - резиновые перчатки или инструменты с изолированными рукоятками.

Закон Ома кажется настолько простым, что трудности, которые пришлось преодолеть при его установлении, игнорируются и забываются. Закон Ома нелегко проверить, и его нельзя принимать как очевидную истину; на самом деле, со многими материалами это невозможно.

Что именно это за трудности? Нельзя ли узнать, что дает изменение числа элементов вольтова полюса, определив ток с другим числом элементов?

Дело в том, что взяв разное количество элементов, мы меняем всю цепочку, потому что дополнительные элементы имеют дополнительное сопротивление. Поэтому крайне необходимо найти способ изменения напряжения без замены самой батареи. Кроме того, разный ток нагревает провод до разной температуры, и этот эффект тоже может влиять на силу тока.Ом (1787-1854) преодолел эти трудности, используя явление термоэлектричества, открытое Зеебеком (1770-1831) в 1822 году.

Так Ом показал, что сила тока пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна импедансу цепи. Это был простой результат сложного эксперимента. По крайней мере, так мы должны думать сейчас.

Современники Ома, особенно его соотечественники, думали иначе: может быть, простота закона Ома вызывала у них подозрения. Ом столкнулся с трудностями в своей карьере на службе, он испытал нужду; Ома особенно угнетал тот факт, что его работа не была признана.Британии, и особенно Королевскому обществу, следует признать, что работа Ома получила признание, которого она заслуживает. Ом — один из тех великих людей, чьи имена часто пишутся строчными буквами: имя «ом» было дано отряду сопротивления.

4. Первые испытания сопротивления проводников

Кто дирижер? Это чисто пассивный элемент электрической цепи, ответили первые исследователи. Учиться — значит просто решать ненужные головоломки, потому что активным элементом является только текущий источник.

Такой взгляд на вещи объясняет нам, почему ученые, по крайней мере до 1840 г., мало интересовались той скудной работой, проделанной в этом направлении.

Так, на втором конгрессе итальянских ученых, состоявшемся в Турине в 1840 г. (первый состоялся в Пизе в 1839 г. и имел даже политическое значение), выступая в прениях по докладу, представленному Марианини, Де ла Рив утверждал, что проводимость большинства жидкостей не является абсолютным, а «скорее относительным и зависит от фактической силы».Но закон Ома был опубликован на 15 лет раньше!

Стефано Марианини (1790-1866) был одним из немногих ученых, которые впервые занялись проводимостью проводников после изобретения гальванометра.

К своему открытию он пришел случайно, изучив напряжение батареи. Он отметил, что с увеличением количества элементов силового столба электромагнитное воздействие на стрелу заметно не возрастает. Это заставило Марианини немедленно подумать, что каждый элемент Вольта является препятствием для прохождения тока.Он проводил опыты с парами «активных» и «неактивных» (т. е. состоящих из двух медных пластин, разделенных мокрой прокладкой) и опытным путем нашел зависимость, в которой современный читатель признает частный случай закона Ома, когда сопротивление внешней схема не принимается во внимание, как это было в опыте Марианини.

Георг Симон Ом (1789-1854) признал заслуги Марианини, хотя его труды непосредственно не помогали Ому в его творчестве. Ом был вдохновлен в своих исследованиях работой ("Аналитическая теория теплоты", Париж, 1822 г.) Жана-Батиста Фурье (1768-1830) - одной из важнейших научных работ всех времен, которая очень быстро завоевала известность и признание математики и физики того времени.У Ома возникла идея, что механизм «теплового потока», о котором говорит Фурье, можно сравнить с электрическим током в проводнике. И так же, как в теории Фурье поток тепла между двумя телами или между двумя точками одного и того же тела объясняется различием температур, так и Ом объясняет различием «электроскопических сил» в двух точках проводника, т.е. наличием электричества. ток между ними.

Следуя этой аналогии, Ом начал свои экспериментальные исследования с определения значений относительной проводимости различных проводников.Методом, ныне ставшим классическим, он соединял последовательно между двумя точками цепи тонкие проводники из разных материалов одного диаметра и изменял их длину для получения заданного значения тока. Первые результаты, полученные им сегодня, кажутся довольно скромными. электрический гальванометр с законом Ома,

Историки изумляются, например, тому факту, что, по измерениям Ома, серебро обладает меньшей электропроводностью, чем медь и золото, и снисходительно принимают объяснение, данное позже самим Омом, что опыт производился с посеребренной проволокой.со слоем масла, что вводило в заблуждение относительно точного значения диаметра.

В то время было много источников ошибок в экспериментах (недостаточная чистота металлов, трудности в калибровке проволоки, трудности в точных измерениях и т.д.). Наиболее важным источником ошибок была полярность батарей. Стабильные (химические) элементы в то время не были известны, так что электродвижущая сила элемента значительно менялась за время, необходимое для измерений. Именно эти причины вызвали ошибки, которые привели Ома на основе его опытов к логарифмическому закону зависимости силы тока от сопротивления проводника, включенного между двумя точками цепи.После публикации первой статьи Ома Поггендорф посоветовал ему отказаться от химических элементов и лучше использовать медно-висмутовую термопару, представленную незадолго до этого Зеебеком.

Ом внял этому совету и повторил свои опыты, собрав термоэлектрическую батарейную установку, в которой по внешнему периметру были последовательно соединены восемь медных проводов одного диаметра, но разной длины. Он измерил силу тока, используя своего рода крутильное равновесие, создаваемое магнитной стрелкой, подвешенной на металлической нити.Когда ток, параллельный игле, отклонял ее, Ом закручивал нить, на которой он был подвешен, до тех пор, пока игла не оказывалась в своем обычном положении;

сила тока оказалась пропорциональной углу, на который была закручена нить. Ом пришел к выводу, что результаты экспериментов, проведенных с восемью различными проводниками, «могут быть очень хорошо выражены уравнением

где Х — напряженность магнитопровода, длина которого равна х, а а и b — константы, зависящие от силы возбуждения и сопротивления остальных частей цепи соответственно.

Условия эксперимента изменились: сопротивления и термоэлектрические пары перечислены, но результаты по-прежнему сводились к приведенной выше формуле, которая как раз и переходит в ту, которую мы знаем, если заменить X на ток, а также на электродвижущую силу и b + x на полное сопротивление цепи.

Получив эту формулу, Ом использует ее для изучения влияния множителя Швейггера на отклонение стрелки и для изучения тока, протекающего во внешней цепи аккумуляторных элементов в зависимости от того, как они соединены - последовательно или параллельно.Таким образом, он объясняет (как это делается сейчас в учебниках), что определяет ток внешней батареи, тема, которая была совершенно неясна ранним исследователям. Ом надеялся, что его экспериментальная работа откроет ему путь в университет, которого он так жаждал. Однако статьи остались незамеченными. Затем он оставил преподавательский пост в гимназии в Кёльне и отправился в Берлин, чтобы теоретически осмыслить полученные результаты. В 1827 году он опубликовал в Берлине свой основной труд Die galvanische Kette, mathe-matisch bearbeitet («Гальваническая цепь, спроектированная математически»).

Эта теория, развитие которой было вдохновлено аналитической теорией тепла Фурье, вводит понятия и точные определения электродвижущей силы, или «электроскопической силы», как ее называет Ом, электрической. электропроводность (Starke der Leitung) и сила тока. Выражая выведенный им закон в дифференциальной форме, данной современными авторами, Ом также записывает их в конечных значениях для частных случаев некоторых электрических цепей, из которых особое значение имеет термоэлектрическая цепь.На этой основе он формулирует известные законы изменения электрического напряжения по цепи.

Но и теоретические исследования Ома остались незамеченными, и если кто и писал о них, то лишь для того, чтобы высмеять «болезнь, фантазию, единственной целью которой является умаление достоинства природы». И только через десять лет его блестящая работа постепенно стала получать заслуженное признание: в

г.

В Германии их оценили Поггендорф и Фехнер, в России — Ленц, в Англии — Уитстон, в Америке — Генри, в Италии — Маттеуччи.

Параллельно с опытами Ома А. Беккерель проводил свои опыты во Франции, а Барлоу — в Англии. Опыты первых заслуживают особого внимания введением дифференциального гальванометра с двойной обмоткой и использованием «нулевого» метода измерения. Следует упомянуть об опытах Барлоу, экспериментально подтвердивших постоянство силы тока во всей цепи. Этот вывод был проверен и распространен на внутренний ток батареи Фехнера в 1831 году., обобщенный в 1851 г. Рудольфом Кольраушем

(180E - 1858) по жидкостным проводникам, затем вновь подтвержденные тщательными экспериментами Густава Нидмана (1826-1899).

90 100 5. Электрические измерения

Беккерель использовал дифференциальный гальванометр для сравнения электрических сопротивлений. На основе своих исследований он сформулировал известный закон зависимости сопротивления проводника от его длины и сечения. Эти работы были продолжены Пуйе и описаны им в последующих изданиях его знаменитых «Элементов

».

physique Doświadcze» («Основы экспериментальной физики»), первое издание которой вышло в свет в 1827 году.Сопротивления определяли сравнительным методом.

Еще в 1825 г. Марианини показал, что в ответвленных цепях электрический ток распределяется по всем проводникам, независимо от материала, из которого они сделаны, вопреки утверждению Вольта, что если одна ветвь цепи образована металлическим проводником, то остальное жидкость, то весь ток должен проходить через металлический проводник. Араго и Пуй популяризировали наблюдения Марианини во Франции.Еще не зная закона Ома, Пуйе в 1837 г. использовал эти наблюдения и законы Беккереля, чтобы показать, что проводимость цепи соответствует двум

разветвленных цепей равны сумме электропроводностей обеих цепочек. Этой работой Пуйе заложил основы изучения разветвленных цепей. Пуйет установил для них ряд условий,

.

еще жив и некоторые частные права обобщил Кирхгоф в 1845 году в своих знаменитых "правилах"..

Наибольшим толчком к электрическим измерениям, и в частности к измерению сопротивления, стали возросшие потребности техники и, прежде всего, проблемы, возникшие с появлением электрического телеграфа.Впервые идея использования электричества для передачи сигналов на расстояние родилась в 18 веке. Вольта описал проект телеграфа, а Ампер в 1820 году предложил использовать электромагнитные явления для передачи сигналов. Идею Ампера подхватили многие ученые и техники: в 1833 году Гаусс и Вебер построили в Геттингене простейшую телеграфную линию, соединившую астрономическую обсерваторию и физическую лабораторию. Однако практическое применение телеграфа обязано американцу Сэмюэлю Морзе (1791-1872), которому в 1832 году пришла в голову хорошая идея создать телеграфный алфавит, состоящий всего из двух знаков.После многих попыток Морзе, наконец, удалось в частном порядке построить первую примитивную модель телеграфа в Нью-Йоркском университете в 1835 году. В 1839 году экспериментальный

между Вашингтоном и Балтимором, а в 1844 году была основана первая американская компания, организованная Морзе, для коммерческого использования нового изобретения. Это было также первое практическое применение результатов исследований в области электротехники.

В Англии Чарльз Уитстон (1802-1875), бывший производитель музыкальных инструментов, изучил и усовершенствовал телеграф.Осознание важности

Проведя

измерения сопротивления, Уитстон начал искать самые простые и точные методы для таких измерений. Используемый в то время сравнительный метод, как мы видели, давал невероятные результаты, в основном из-за отсутствия стабильных источников питания. Еще в 1840 году Уитстон нашел способ измерения сопротивления, не зависящего от постоянства электродвижущей силы, и показал свое устройство Якоби. Однако статья, описывающая это устройство и которую можно назвать первой работой в области электротехники, появилась лишь в 1843 году.В этой статье описывается знаменитый «мост», названный тогда Уитстоном. Вообще-то такое устройство было описано -

еще в 1833 году Гюнтера Кристи и независимо в 1840 году Марианини; оба предлагали метод аннулирования, но их теоретические объяснения, не учитывающие закон Ома, оставляли желать лучшего.

Уитстон, с другой стороны, был поклонником Ома и очень хорошо знал его закон, так что его теория «моста Уитстона» ничем не отличается от того, что дается сегодня в учебниках.Кроме того, Уитстон, чтобы иметь возможность быстро и удобно изменять сопротивление одной стороны моста для получения нулевого тока в гальванометре, расположенном в косом плече моста, сконструировал реостаты трех типов (само слово было предложено им согласно

аналогия с «реофором» Ампера, для которого Пекле также ввел термин «реометр»). Первый тип реостата с подвижной консолью, применяемый до сих пор, был создан Уитстоном по аналогии с аналогичным устройством, использованным Якоби в 1841 г.Второй тип реостата имел форму деревянного цилиндра, вокруг которого была намотана часть соединенного с периметром провода, который легко сматывался с деревянного цилиндра на бронзу. Третий тип реостата был похож на «упорную коробку», которую делал Эрнст

.

Вернер Сименс (1816-1892), ученый и промышленник, усовершенствовал и получил распространение в 1860 году. Мост Уитстона позволял измерять электродвижущие силы и сопротивления.

Создание подводного телеграфа, возможно, даже большего, чем воздушный телеграф, потребовало разработки методов электрических измерений.Опыты с подводным телеграфом начались еще в 1837 г., и одной из первых решаемых задач было определение скорости распространения тока. Еще в 1834 г. Уитстон с помощью вращающихся зеркал, как уже упоминалось в гл. 8, сделал первые измерения этой скорости, но его результаты противоречили данным Латимера Кларка, а те, в свою очередь, не соответствовали более поздним исследованиям других ученых.

В 1855 году Уильям Томсон (впоследствии лорд Кельвин) объяснил причину всех этих расхождений.По Томсону, скорость тока в проводнике не имеет конкретного значения. Как скорость распространения тепла в стержне зависит от материала, так и скорость тока в проводнике зависит от произведения его сопротивления на электрическую емкость. Следуя своей теории, которой в «свое время»

резко раскритиковали Томсона, взявшегося за проблемы с подводным телеграфом.

Первый трансатлантический кабель, соединяющий Англию и Америку, просуществовал около месяца, но затем пришел в негодность.Томсон рассчитал новый кабель, провел многочисленные измерения сопротивления и емкости, изобрел новые передающие устройства, из которых следует упомянуть астатический отражательный гальванометр, замененный «сифонным самописцем» собственного изобретения. Наконец, в 1866 году был успешно введен в эксплуатацию новый трансатлантический кабель. Создание этой первой крупной электрической структуры сопровождалось развитием системы единиц электрических и магнитных измерений.

Основы электромагнитной метрики были заложены Карлом Фридрихом Гауссом (1777-1855) в его знаменитой статье «Intensitas vis Magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata», опубликованной в 1832 году.Гаусс заметил, что различные магнитные единицы несовместимы между

, по крайней мере большей частью, и поэтому предложил систему абсолютных единиц, основанную на трех основных единицах механики: секунде (единица времени), миллиметре (единица длины) и миллиграмме (единица массы). Через них он выразил все остальные физические единицы и изобрел ряд измерительных приборов, в частности магнитометр для измерения в абсолютных единицах земного магнетизма. Работу Гаусса продолжил Вебер, построивший множество собственных устройств и устройств, изобретенных Гауссом.Постепенно, особенно благодаря работам Максвелла, выполненным в специальной измерительной комиссии, созданной Британской ассоциацией, которая публиковала годовые отчеты за 1861-1867 гг., возникла идея создания единых измерительных систем, в частности, электромагнитной системы. и электростатические агенты.

Мысли о создании таких абсолютных систем индивидуумов были подробно изложены в историческом отчете 1873 года второй комиссии Британской ассоциации. Созванный в 1881 г. в Париже Международный конгресс впервые установил международные единицы измерения, назвав каждую из них в честь какого-либо великого физика.Большинство этих названий сохранилось до сих пор: вольт, ом, ампер, джоуль и т. д. После

Много взлетов и падений В 1935 году была введена международная система Георги, или MKSQ, в которой в качестве основных единиц измерения используются метр, килограмм-масса, секунда и ом.

С «системами» единиц связаны «размерные формулы», впервые использованные Фурье в его аналитической теории теплоты (1822 г.) и расширенные Максвеллом, который определил используемые в них обозначения. Метрология прошлого века, основанная на стремлении объяснить все явления с помощью механических моделей, придавала большое значение формулам размеров, в которых не желала видеть ничего большего и не меньшего, чем ключ к тайнам мироздания. природа.В то же время появился ряд почти догматических утверждений. Таким образом, было почти обязательной догмой, что основных величин обязательно должно быть три. Но в конце века стали понимать, что формулы размерности — чистая условность, и в результате интерес к теориям размерности стал постепенно снижаться.

90 100 Заявка

Э. Ломмель, профессор физики Мюнхенского университета, хорошо сказал о важности исследований Ома во время открытия памятника ученому в 1895 году:

«Открытие Ома представляло собой яркий факел, освещавший область электричества, окутанную тьмой перед ним.Ом указал единственно верный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, которые мы с удивлением наблюдаем в последние десятилетия, могли быть достигнуты только благодаря открытию Ом. Только он способен господствовать над силами природы и управлять ими, кто сможет разгадав законы природы, Ом вырвал у природы тайну, которую она так долго скрывала и передала своим современникам.

Список использованных источников

Дорфман Я.Г. Всемирная история физики . М., 1979 Ом Г. Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество. - В кн.: Классики физических наук. М., 1989

Энциклопедия Сто человек. Кто изменил мир. Ом.

Прохоров А.М. Физический энциклопедический словарь, М., 1983

Орир Ж. Физика , т. 2. М., 1981

Джанколи Д. Физика , т. 2. М., 1989

http://www.portal-slovo.ru/

http://www.polarcom.ru/~vvtsv/s_doc9c.html)

Размещено на Allbest.ru

Аналогичные документы

    История открытия Исааком Ньютоном «Закона всемирного тяготения», события, приведшие к этому открытию. Сущность и сфера действия закона. Формулировка законов Кеплера и их приложение к движению планет, их естественных и искусственных спутников.

    презентация, добавлена ​​25.07.2010

    Исследование движения тела под действием постоянной силы. Уравнение гармонического осциллятора.Описание колебаний математического маятника. Движение планет вокруг Солнца. Решение дифференциального уравнения. Применение закона Кеплера, второго закона Ньютона.

    резюме, добавлено 24.08.2015

    История открытия закона всемирного тяготения. Иоганн Кеплер как один из первооткрывателей закона движения планет вокруг Солнца. Сущность и особенности эксперимента Кавендиша. Анализ теории силы взаимного притяжения. Основные пределы применения закона.

    Презентация

    , добавлена ​​29.03.2011

    Исследование "Закон Архимеда", проведение опытов по определению силы Архимеда. Вывод формул для расчета массы вытесняемой жидкости и расчета плотности. Применение «закона Архимеда» для жидкостей и газов. Методическая разработка урока по теме.

    конспект урока, добавлен 27.09.2010

    Биографические сведения о Ньютоне - великом английском физике, математике и астрономе, его трудах. Исследования и открытия ученого, эксперименты в области оптики и теории цвета.Первый вывод Ньютона скорости звука в газе, основанный на законе Бойля-Мариотта.

    презентация, добавлена ​​26 августа 2015 г.

    Расследовать причину магнитной аномалии. Методы определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Применение закона Био-Савара-Лапласа. Определите причину поворота стрелки после подачи напряжения на катушку тангенциального гальванометра.

    аудиторская работа, добавлено 25.06.2015

    Описание основных законов Ньютона.Характеристика первого принципа сохранения телом состояния покоя или равномерного движения при компенсированном воздействии на него других тел. Принципы закона ускорения тела. Особенности инерциальных систем отсчета.

    презентация, добавлена ​​16.12.2014

    Кеплера законы движения планет, их краткое описание. История открытия закона всемирного тяготения И. Ньютоном. Попытки создать модель Вселенной. Движение тел под действием силы тяжести. Гравитационные силы притяжения.Искусственные спутники Земли.

    реферат, добавлен 25.07.2010

    Проверка соотношений для параллельного соединения резисторов и первое правило Кирхгофа. Особенности сопротивления приемников. Метод расчета напряжения и тока для различных соединений. Суть закона Ома для узла и всей схемы.

    лабораторная работа, добавлен 12.01.2010

    Основные действия в природе. Влияние электрических зарядов. Свойства электрического заряда.Закон сохранения электрического заряда. Формулировка закона Кулона. Векторная форма и физический смысл закона Кулона. Принцип суперпозиции.

Закон Ома является одним из фундаментальных законов электротехники. Он достаточно прост и используется для расчета практически любой электрической цепи. Но этот закон имеет некоторые особенности работы в цепях переменного и постоянного тока при наличии в цепи реактивных элементов. Эти особенности следует всегда помнить.

Классическая диаграмма закона Ома выглядит так:

Звучит еще проще - ток, протекающий на участке цепи, будет равен отношению напряжения цепи к ее сопротивлению, что выражается формулой:

Но мы знаем, что помимо активного сопротивления R существуют еще реактивные сопротивления индуктивности X L и емкости X C.Но надо признать, что электрические цепи с чисто активным сопротивлением встречаются крайне редко. Рассмотрим цепь, в которой катушка индуктивности L, конденсатор C и резистор R соединены последовательно:

Помимо чисто активного сопротивления R индуктивность L и емкость С имеют также реактивные сопротивления X L и X C, которые выражаются формулами:

Где ω — циклическая частота решетки, равная ω = 2πf. f — частота сети в Гц.

Для постоянного тока частота равна нулю (f = 0), соответственно реактивное сопротивление индуктивности станет равным нулю (формула (1)) и емкость станет бесконечностью (2), что приведет к разрыву электрической цепи .Отсюда можно сделать вывод, что реактивное сопротивление элементов в цепях постоянного тока отсутствует.

Если рассматривать классическую электрическую цепь и переменный ток, то он практически не будет отличаться от постоянного тока, только источником напряжения (вместо постоянного тока - переменного тока):

Следовательно, формула для такого контура останется прежней:

А если усложнить схему и добавить в нее реактивные элементы:

Ситуация резко изменится.Теперь f не равно нулю, что свидетельствует о том, что помимо активного в цепь вводится еще и реактивное сопротивление, которое также может влиять на величину тока, протекающего в цепи i. равно активному Z ≠ R. Формула будет выглядеть так:

Соответственно немного изменится и формула закона Ома:

Почему это важно?

Знание этих нюансов поможет избежать серьезных проблем, которые могут возникнуть при неправильном подходе к решению тех или иных электрических проблем.Например, в цепь переменного напряжения подключен индуктор со следующими параметрами: f ном = 50 Гц, U ном = 220 В, R = 0,01 Ом, L = 0,03 Гн. Ток, протекающий через эту катушку, будет равным.

Добавить этот сайт в закладки

На рисунке показана принципиальная схема простейшей известной вам электрической цепи. Эта замкнутая цепь состоит из трех компонентов:

  • источник напряжения - аккумуляторы ГБ;
  • потребитель тока - нагрузка R, которой может быть, например, нить накала электрической лампы или резистор;
  • проводов, соединяющих источник напряжения с нагрузкой.

Кстати, если эту схему дополнить переключателем, то получится полная схема фонарика. Нагрузка R, имеющая определенное сопротивление, является частью цепи.

Величина тока на этом участке цепи зависит от действующего на него напряжения и его сопротивления: чем выше напряжение и меньше сопротивление, тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Это отношение тока к напряжению и сопротивлению определяется формулой:

  • I - сила тока, выраженная в амперах, А;
  • U - напряжение в вольтах, В;
  • Ом - сопротивление в Ом, Ом.

Это математическое выражение читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на нем и обратно пропорциональна его сопротивлению. Это основной закон электротехники, называемый законом Ома (по имени Г. Ома) для участка электрической цепи. Используя закон Ома, можно найти неизвестную треть двух известных электрических величин. Вот несколько примеров практического применения закона Ома:

  1. Первый пример.На участке цепи сопротивлением 5 Ом действует напряжение 25 В. Необходимо установить значение тока на этом участке цепи. Решение: I = U / R = 25/5 = 5 А.
  2. Второй пример. На участок цепи действует напряжение 12 В, создающее в нем ток силой 20 мА. Чему равно сопротивление этого участка цепи? Прежде всего, ток 20 мА нужно выразить в амперах. Это будет 0,02 А. Тогда R = 12/0,02 = 600 Ом.
  3. Третий пример. По участку цепи сопротивлением 10 кОм протекает ток 20 мА.Какое напряжение действует на этот участок цепи? Здесь, как и в предыдущем примере, ток необходимо выразить в амперах (20 мА = 0,02 А), сопротивление в Омах (10 кОм = 10 000 Ом). Следовательно, U = IR = 0,02 × 10000 = 200В.

На цоколе лампы карманного фонарика выбиты 0,28 А и 3,5 В. О чем говорит эта информация? Дело в том, что лампочка будет нормально светиться при токе 0,28А, что равно 3,5 В. Используя закон Ома, несложно рассчитать, что нить накала лампочки имеет сопротивление R=3,5/0,28=12,5 Ом.

Это сопротивление нити накала лампы, сопротивление охлажденной нити намного меньше. Закон Ома распространяется не только на участок, но и на всю электрическую цепь. В этом случае суммарное сопротивление всех элементов цепи, включая внутреннее сопротивление источника тока, подставляется на значение R. Однако в простейших схемотехнических расчетах сопротивления соединительных проводов и внутреннее сопротивление источника тока равны обычно опускается.

В связи с этим следует привести еще один пример: напряжение сети электроосвещения 220 В.Какой ток будет течь в цепи, если сопротивление нагрузки равно 1000 Ом? Решение: I = U/R = 220/1000 = 0,22 А. Примерно такой ток потребляет электрический паяльник.

Все эти формулы, выведенные из закона Ома, можно использовать и для расчета цепей переменного тока при условии отсутствия в цепях катушек и конденсаторов.

Закон Ома и выведенные из него расчетные формулы довольно легко запомнить, если пользоваться этим графиком, то это так называемый треугольник закона Ома.

Пользоваться этим треугольником легко, следует достаточно четко помнить, что горизонтальная черта в нем представляет собой знак деления (по аналогии с косой чертой), а вертикальная черта – знак умножения.

Теперь следует рассмотреть следующий вопрос: как резистор, включенный в цепь последовательно с нагрузкой или параллельно с нагрузкой, влияет на ток? Лучше понять это на примере. Есть лампочка от круглой электролампы с напряжением 2,5 В и силой тока 0,075 А. Можно ли питать эту лампочку от батареи 3336Л, пусковое напряжение которой 4,5 В?

Нетрудно подсчитать, что нить накала этой лампочки имеет сопротивление чуть более 30 Ом.Если запитать ее от свежей батарейки 3336L, то по закону Ома через нить накаливания лампочки будет протекать ток почти в два раза больший, чем ток, для которого она предназначена. Нить не выдержит такой перегрузки, перегреется и разрушится. Но эту лампочку все же можно запитать от батареи 336L, если последовательно с цепью включить дополнительный резистор на 25 Ом.

При этом общее сопротивление внешней цепи будет примерно равно 55 Ом, то есть 30 Ом - сопротивление нити накала лампочки Н плюс 25 Ом - сопротивление добавочного резистора R.Следовательно, в цепи будет протекать ток примерно равный 0,08 А, а это почти столько, на что рассчитана нить накала лампочки.

Эту лампочку можно питать от батарейки с более высоким напряжением, и даже от сети, если подобрать резистор с соответствующим сопротивлением. В данном примере дополнительный резистор ограничивает ток в цепи до нужного нам значения. Чем больше его сопротивление, тем меньше будет ток в цепи. В этом случае в цепь последовательно включены два сопротивления: сопротивление накала и сопротивление резистора.А при последовательном соединении сопротивлений ток одинаков во всех точках цепи.

Амперметр может быть включен в любое время и везде будет показывать одно значение. Это явление можно сравнить с течением воды в реке. Русло реки на разных участках может быть широким или узким, глубоким или мелким. Однако через поперечное сечение любого участка русла реки в течение некоторого времени всегда проходит одно и то же количество воды.

Дополнительный резистор, включенный последовательно с нагрузкой, можно рассматривать как резистор, который «гасит» часть действующего в цепи напряжения.Напряжение, которое гасится добавочным резистором или, как говорят, падает на него, будет тем больше, чем больше сопротивление этого резистора. Зная ток и сопротивление добавочного резистора, падение напряжения на нем можно легко рассчитать по той же известной формуле U=IR, здесь:

  • U – падение напряжения, В;
  • I - сила тока в цепи, А;
  • 90 475 Р - сопротивление добавочного резистора, Ом.

Например, резистор R (см.) погасил перенапряжение: U=IR=0,08×25=2 В. Остальное напряжение батареи, равное примерно 2,5 В, приходилось на лампочку накаливания. Требуемое сопротивление резистора можно найти по другой известной формуле R = U/I, где:

  • R - требуемое сопротивление добавочного резистора, Ом;
  • U - напряжение гашения, В;
  • I - ток в цепи, А.

В рассматриваемом примере сопротивление добавочного резистора равно: R = U / I = 2 / 0,075,27 Ом.Изменяя сопротивление, можно уменьшить или увеличить напряжение, которое падает на добавочный резистор, тем самым регулируя ток в цепи. А вот добавочный резистор R в такой схеме может быть переменным, то есть резистором, сопротивление которого можно менять (см. рисунок ниже).

В этом случае напряжение, подаваемое на нагрузку H, можно плавно изменять с помощью ползунка резистора, т.е. можно плавно регулировать ток, протекающий через эту нагрузку. Переменный резистор, подключенный таким образом, называется реостатом.С помощью реостатов регулируют токи в цепях приемников, телевизоров и усилителей. Во многих кинотеатрах реостаты использовались для плавного приглушения света в зале. Есть и другой способ подключения нагрузки к источнику перенапряжения - тоже с переменным резистором, но включенным потенциометром или делителем напряжения, как показано на рисунке ниже.

Здесь R1 — резистор, соединенный с потенциометром, а R2 — нагрузка, которая может быть той же лампочкой или другим устройством.На резисторе R1 источника тока возникает падение напряжения, которое может быть частично или полностью запитано на нагрузку R2. Когда ползунок резистора находится в крайнем нижнем положении, на нагрузку вообще не подается напряжение (если это лампочка, то она не загорится).

По мере перемещения ползунка резистора вверх будем подавать все большее напряжение на нагрузку R2 (если это лампочка, то ее нить накаливания будет светиться). Когда ползунок резистора R1 находится в крайнем верхнем положении, все напряжение источника тока будет приложено к нагрузке R2 (если R2 — лампочка фонарика и напряжение источника тока велико, нить накала лампочки сгорит). из).Опытным путем можно найти положение двигателя с переменным сопротивлением, при котором на нагрузку подается необходимое напряжение.

Переменные резисторы с потенциометрами широко используются для регулировки громкости в приемниках и усилителях. Резистор можно подключить прямо параллельно нагрузке. При этом ток на этом участке цепи разветвляется и протекает по двум параллельным путям: через добавочный резистор и через основную нагрузку. Наибольший ток будет в ветви с наименьшим сопротивлением.

Сумма токов обеих ветвей будет равна току, потребляемому для питания внешней цепи. Параллельное включение применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить ток не во всей цепи, как в случае последовательного включения добавочного резистора, а только на определенном участке. Дополнительные резисторы подключаются, например, параллельно миллиамперметрам, чтобы они могли измерять большие токи. Такие резисторы называются шунтирующими резисторами или шунтами. Слово шунт означает ответвление.

Георг Симон Ом начал свои исследования, вдохновленные знаменитой работой Жана-Батиста Фурье «Аналитическая теория тепла». В этой работе Фурье представил тепловой поток между двумя точками как разность температур и связал изменение теплового потока с его прохождением через препятствие неправильной формы из теплоизоляционного материала. Точно так же Ом вызывал появление электрического тока через разность потенциалов.

Исходя из этого, Ом начал экспериментировать с различными материалами проводников.Чтобы определить их проводимость, он соединил их последовательно и отрегулировал их длину так, чтобы ток был одинаковым во всех случаях.

Для таких измерений важно было подобрать провода одного диаметра. Ом, измерив электропроводность серебра и золота, получил результаты, которые, по современным данным, не являются точными. Таким образом, серебряный проводник Ома пропускал меньший ток, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его серебряный проводник был покрыт маслом, и поэтому эксперимент не дал точных результатов.

Однако это была не единственная проблема, с которой сталкивались физики, занимавшиеся в то время подобными опытами с электричеством. Большие трудности с выделением чистых материалов без примесей для опытов, трудности с калибровкой диаметра проводника искажали результаты исследований. Еще большей проблемой было то, что во время испытаний сила тока постоянно менялась, потому что источником тока были переменные химические элементы. При таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.

Чуть позже немецкий физик Поггендорф, специализирующийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на висмутово-медную термопару. Ом снова начал свои эксперименты. На этот раз в качестве батареи он использовал термоэлектрическое устройство, работающее на эффекте Зеебека. Соединил с ним последовательно 8 медных проводов одинакового диаметра, но разной длины. Для измерения силы тока Ом повесил на провода магнитную стрелку с металлической нитью.Ток, идущий параллельно стрелке, сместил ее в сторону. Когда это происходило, физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. По углу, на который была закручена нить, можно было судить о величине силы тока.

В результате нового опыта Ом пришел к формуле:

90 100 X = а/b + l

Здесь X - напряженность магнитного поля провода, I - длина провода, и – постоянное значение напряжения источника, б – постоянное сопротивление остальных элементов цепи.

Если обратиться к современным терминам для описания этой формулы, то получим, что X - сила тока, a - ЭДС источника, b + l - полное сопротивление цепи.

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается с ростом напряжения и уменьшается с увеличением сопротивления этого участка.

I = U/R

Исходя из этой формулы, можно сделать вывод, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов.Это правильно с точки зрения математики, но неверно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.

Таким образом, формула для расчета сопротивления проводника будет:

90 100 R = p л/с

90 100 Закон Ома для полной цепи

Разница между законом Ома для всей цепи и законом Ома для раздел схемы заключается в том, что теперь мы должны рассмотреть два вида сопротивления.Это «R» — сопротивление всех компонентов системы, а «r» — внутреннее сопротивление источника ЭДС. Тогда формула принимает вид:

I = U / R + r

Закон Ома для переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется во времени. В частности, он меняет свое значение и направление. Чтобы применить здесь закон Ома, необходимо учитывать, что сопротивление в цепи постоянного тока может отличаться от сопротивления в цепи переменного тока.И отличается, если в схеме используются элементы с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостным (конденсатор).

Попробуем выяснить, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи переменного тока. Вы уже должны понимать, что величина напряжения и тока в такой цепи меняется со временем и, грубо говоря, имеет форму волны.

Если схематично показать, как эти две величины изменяются во времени, то получится синусоида.И напряжение, и ток увеличиваются от нуля до максимального значения, затем проходят через нулевое значение, когда оно уменьшается до максимального отрицательного значения. Затем они снова повышаются от нуля до максимального значения и так далее. Когда говорят, что ток или напряжение отрицательны, это означает, что они движутся в противоположном направлении.

Весь процесс происходит через равные промежутки времени. Точка, в которой напряжение или ток проходит через нуль от минимального значения до максимального значения, называется фазой.

На самом деле это просто знакомство. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. Это означает, что и значение тока, и значение напряжения достигают пика в одном и том же направлении в одно и то же время. При этом наша формула расчета напряжения, сопротивления или тока не меняется.

Если цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения разнесены на ¼ периода. Это означает, что когда ток достигает своего максимального значения, напряжение будет равно нулю и наоборот.Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «превышает» фазу тока. Когда применяется емкость, фаза тока «превышает» фазу напряжения.

Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

U = I ⋅ ωL

Где L — индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная фазы колебаний по времени).

Формула для расчета падения напряжения на емкости следующая:

U = I/ω ⋅ С

Z - реактивная емкость.

Эти две формулы являются частными случаями закона Ома для переменных цепей.

Полный будет выглядеть так:

I = U/Z

Здесь Z — полное сопротивление цепи переменного тока, известное как импеданс.

Серия приложений

Закон Ома не является фундаментальным законом в физике, это просто удобная зависимость одних величин от других, подходящая практически для любой практической ситуации. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не работать:

  • При наличии инерции носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
  • в сверхпроводниках;
  • Когда провод нагревается до такой степени, что вольт-амперная характеристика перестает быть линейной.Например, в лампах накаливания;
  • В вакуумных и газовых радиолампах;
  • в диодах и транзисторах.
.

Как определить мощность резисторов. силовые резисторы параллельно

Все электронные устройства содержат резисторы, они являются их основным элементом. Вместе с этим меняется величина тока в электрической цепи. В статье представлены свойства резисторов и методы расчета их мощности.

вызывной резистор

Для регулировки тока в электрических цепях применяют резисторы. Это свойство определяется законом Ома:

И = У / Р (1)

Из формулы (1) хорошо видно, что чем меньше сопротивление, тем больше увеличивается ток, и наоборот, чем меньше R, тем больше ток.Это свойство электрического сопротивления, которое используется в электротехнике. На основе этой формулы строятся схемы делителя тока, обычно используемые в электроприборах.

В этой схеме ток от источника делится на две части обратно пропорционально сопротивлению резисторов.

Также в делителе напряжения используются токорегулирующие резисторы. В этом случае снова используем закон Ома, но в несколько иной форме:

U = л ∙ R (2)

Из формулы (2), которая увеличивается с увеличением напряжения сопротивления.Это свойство используется для построения цепей делителя напряжения.

Из диаграммы и формулы (2) видно, что напряжения на резисторах распределены по отношению к сопротивлениям.

Резисторы для графических программ

Резисторы по стандарту изображают прямоугольниками размером 10 х 4 мм, обозначают резисторы мощности, на схеме часто означает буква Р. Изображение этого индикатора выполняется прямыми или диагональными штрихами.Если мощность 2 Вт, обозначение делают римскими цифрами. Обычно это делается проволочными резисторами. В некоторых странах, например в Соединенных Штатах Америки, используются другие символы. Для облегчения ремонта и анализа системы часто указывают силовые резисторы, наименование которых проводят по ГОСТ 2.728-74.

Технические характеристики приборов

Основной особенностью резистора является номинальная прочность Рн, как указано на схеме соседнего резистора и корпуса.Единица измерения сопротивления - ом килограмм и мега. Выпускаются резисторы сопротивлением от долей до сотен Ом и мегаом. Технологий изготовления резисторов много, и все они имеют свои преимущества и недостатки. В принципе, не существует технологии, позволяющей точно изготовить резистор с заданным значением сопротивления.

Второй важной характеристикой является устойчивость к прогибу. Измеряется в % от номинального диапазона R. Это стандартное отклонение импеданса: ±20, ±10, ±5, ±2, ±1% и до значения ±0,001%.

Еще одной важной особенностью являются силовые резисторы. При работе они нагреваются протекающим по ним током. Если рассеиваемая мощность превысит допустимое значение, то устройство выйдет из строя.

Нагревательные резисторы изменяют сопротивление, поэтому для устройств, работающих в широком диапазоне температур, была введена еще одна характеристика - температурный коэффициент сопротивления. Измеряется в ppm/°C, т.е. 10 -6 Rn /°C (миллионная часть R n равна 1°C).

Последовательное соединение резисторов

Резисторы могут быть соединены тремя способами: последовательно, параллельно и смешанно. При последовательном соединении ток попеременно проходит через все резисторы.

Следовательно, ток в любой точке системы одинаков, его можно определить по закону Ома. Полное сопротивление цепи в этом случае представляет собой сумму сопротивлений:

R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ом;

I = U / R = 100/390 = 0,256 А.

Теперь мы можем определить мощность резисторов при последовательном соединении, она рассчитывается по формуле:

P = I 2 ∙ R = 0256 2 390 ∙ = 25,55 Вт.

Точно так же оставшееся количество определяется резисторами

P 1 = I 1 2 R2 = 0,256 = 13,11 ∙ 200 Вт;

2 P = I 2 R2 = 0,256 2 ∙ 100 Вт = 6,55;

3 P = I 2 R3 = 0256 2 ∙ 51 = 3,34 Вт;

P = I 2 4 R4 = 0,256 ∙ 2 39 = 2,55 Вт.

Если добавить силовые резисторы, можно получить полный P:

P = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 Вт.

Параллельное соединение резисторов

В начале все резисторы, подключенные к одному узлу схемы, соединяются параллельно и заканчиваются на втором. При подключении к электричеству он разветвляется и протекает через каждое устройство. Величина тока, согласно закону Ома, обратно пропорциональна сопротивлению и напряжению на всех тех же резисторах.

Прежде чем найти ток, необходимо рассчитать суммарную проводимость резисторов по известной формуле:

1 / R = 1 / R 1 + 1/ R2 + 1/ R3 + 1/ R4 = 1/200 + 1/ 100+ 1/51 + 1/39 = 0,005 + 0, 01 + 0,0196 + 0,0256 0,06024 = 1/Ом.

Сопротивление, обратное проводимости:

R = 1/0,06024 = 16,6 Ом.

Используя закон Ома, найдите ток по источнику:

I = U / R = 100 ∙ 0,06024 = 6024 А.

Зная ток через источник питания, резисторы формулы:

соединены параллельно

P = I 2 R = ∙ ∙ 6024 2 16,6 = 602,3 Вт.

По закону Ома ток через резистор рассчитывается как:

I 1 = U / R 1 = 0,5 А = 100/200;

I2 = U / R2 = 100/100 = 1 А;

3 I = U / R 1 = 100/51 = 1,96 А;

I 1 = U/R 1 = 100/39 = 2,56 А.

Немного по другой формуле можно рассчитать мощность резисторов в параллельной цепи:

P 1 = U 2 / R 1 = = 50 100 2/200 Вт;

P2 = U 2 / R 2 = 100 2/100 = 100 Вт;

P 3 = U 2 / R3 = 100 2/51 = 195,9 Вт;

4 P = U 2 / R4 = 100 2/39 = 256,4 Вт.

Если все это сложить, то можно получить все силовые резисторы:

P = P1 + P2 + P3 + P, 4 = 50 + 100 + + 195,9 256,4 = 602,3 Вт.

смешанный состав

Принципиальная схема смешанных составных резисторов

включает одновременное и последовательное параллельное соединение. Эту программу легко преобразовать, заменив параллельное соединение резистора на последовательное. Заменяет защиту R 2 и R 6 на их общую R 2.6, по следующей формуле:

Р 2,6 = Р2 Р6 / Р2 + Р6.

Аналогично заменяется двумя параллельными резисторами R4, R5, Ra 4,5:

Р = 4,5 Р4 Р5 / Р4 + Р5.

В результате получается новая, более простая схема. Обе системы показаны ниже.

Силовые резисторы в схеме составлены по формуле:

П = У ∙ И.

Для расчета по этой формуле есть первое напряжение на каждом резисторе и величина тока через него. Для определения мощности резисторов можно использовать и другой метод. К этой формуле относится следующее:

P = U ∙ I = (l ∙ R) ∙ i = i 2 ∙ R.

Если вы знаете только напряжение на резисторе, используйте другую формулу:

P = U ∙ I = U ∙ (U / R) = U 2 / R

Все три формулы часто используются на практике.

Расчет параметров схемы

Расчет параметров цепи заключается в нахождении неизвестных токов и напряжений во всех ветвях части цепи.Имея эти данные, мы можем рассчитать мощность каждого резистора, включенного в схему. Простые способы расчета показаны выше, на практике дело обстоит сложнее.

В реальных схемах резисторы звезда и треугольник соединены вместе, что вызывает значительные трудности при расчетах. Для простоты были разработаны такие схемы преобразования звезд-треугольников и наоборот. Этот метод показан на диаграмме ниже:

Первая диаграмма имеет в своем составе звезду, связанную с единицей 0-1-3.К узлу 1 подключен резистор R1 к узлу 3 - R3 и к узлу 0 - R5. На второй схеме подключены к узлам 1-3-0 резисторы треугольника. К узлу 1 подключены резисторы R1-0 и R1-3, к узлу 3 - R1-3 и R3-0, а также к узлу 0 - R3-0 и R1-0. Обе системы полностью эквивалентны.

Имеются резисторы для перехода с первой на вторую схему треугольника Рассчитано:

R1-0 = R1 + R 5 + R1 ∙ R5 / R3;

R1-3 = R1 + R3 + R1 ∙ R3 / R 5;

R3-0 = R3 + R 5 + ∙ R5 R3 / R1.

Дальнейшие преобразования сводятся к расчету параллельно и последовательно соединенных резисторов. При нахождении импеданса цепи по закону Ома находят ток через источник. Используя этот закон, не просто найти токи во всех ветвях.

Как определить мощность резистора после нахождения всех токов? Для этого воспользуемся известной формулой: P = I 2 ∙R, найдем емкость каждого его сопротивления.

Экспериментальное определение параметров элементов схемы

необходимо было собрать заранее определенную диаграмму реального компонента, чтобы экспериментально определить желаемые характеристики компонента.Затем с помощью электроприборов произвести все необходимые замеры. Этот метод трудоемкий и дорогостоящий. Разработчики электрических и электронных устройств использовали для этой цели тренажеры. По ним производятся все необходимые расчеты и моделируется поведение печатных элементов в различных ситуациях. Только после этого появится прототип технического устройства. Одной из таких совместных программ является мощная симуляция National Instruments Multisim 14.0 System.

Как указать мощность резисторов с помощью этой программы? Это можно сделать двумя способами.Первый способ – это измерение силы тока и напряжения с помощью вольтметра и амперметра. Перемножая результаты измерений, получают требуемую мощность.

Из этой схемы определяется сила сопротивления R3:

P 3 = U ∙ ∙ I = 1,032 0,02 = 0,02064 Вт = 20,6 мВт.

Второй способ - прямое измерение мощности счетчиком.

Из этой схемы видно, что сопротивление R3 равно мощности P 3 = 20,8 МОм. Расхождение из-за ошибок в первом способе больше.Точно так же мощность других элементов фиксирована.

.

Почему существует электрическое сопротивление?

Возможно, в этой заметке мне удастся показать, что тема не является отрывком из школьного учебника. Ведь все твердят, что электрическое сопротивление – это

Р = У / Я

Итак, сопротивление – это отношение напряжения, при котором протекает ток, к силе этого тока. И он не беспокоится, что это ерунда, потому что он этого не знает, потому что так его учили в школе.

Электрическое сопротивление является свойством материала, через который протекает ток и зависит не от параметров тока в причинно-следственном смысле, а от геометрии проводника и его внутреннего строения.

Его числовой мерой было отношение двух чисел, а именно: значения напряжения к значению тока. Но это не значит, что смысл физического понятия «электрическое сопротивление» — это отношение двух чисел.

Отсюда и результаты этих бредовых утверждений студентов (часто подтверждаемых уставшими и потому не слушающими того, что говорят студенты-преподаватели), типа: электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально напряжению, а обратно пропорционально напряжению , в которых математические отношения вытесняют отношения причины и следствия между физическими явлениями или даже заменяют их, как заметил г.Станислав Хеллер.

Ведь электрическое сопротивление данного проводника постоянно (не будем забывать о законе Ома) при неизменных физических условиях (например, при постоянной температуре) и не может находиться в прямой зависимости от напряжения или силы тока.

Это свойство материала, вещества, из которого сделан проводник.

Формула, определяющая, от чего зависит электрическое сопротивление проводника (также закон Ома), доказанная экспериментально и теоретически, такова:

R = ro * л/с

Где

удельное сопротивление при данной температуре

l - длина направляющей

s- площадь поперечного сечения проводника.

С другой стороны, теоретическую модель явления электрического сопротивления, годами функционирующую в теории Друде-Лоренца, можно кратко резюмировать:

Свободные электроны в металле после приложения разности потенциалов к двум различным точкам этого проводника начинают дрейфовать под действием внешнего электрического поля в виде упорядоченного потока носителей тока и случайно сталкиваясь с ионами, являющимися узлами металла кристаллические решетки, сталкиваются с ними, теряя импульс и кинетическую энергию.

Эти столкновения тормозят электроны.

Если бы не этот факт, скорость электронов увеличивалась бы и, следовательно, сила тока постоянно увеличивалась бы. Эти процессы заставляют говорить о сопротивлении, оказываемом проводником электрическому току.

В этой модели электроны в металле рассматриваются как газ, близкий к идеальному газу, и подчиняются статистике Больцмана-Максвелла. В теории Друде-Лоренца легко получить тесную зависимость сопротивления от длины и площади поперечного сечения проводника [1].

Хуже с зависимостью удельного сопротивления от температуры. Можно было бы ожидать, что сопротивление не должно зависеть от температуры, так как число ионов в решетке, а значит и количество электронных ударов, не меняется под влиянием этого фактора.

Между тем удельное сопротивление проводников очень сильно уменьшается при понижении его температуры и при температуре в несколько кельвинов может быть в миллионы раз ниже сопротивления при комнатной температуре (300 К).

Рысь.1

По-видимому, модель образования сопротивления как явления, возникающего в результате столкновений электронов с ионами решетки, - неверна.

Ошибка в том, что описание электрона классическое и используемая механика тоже классическая. Ни электроны, ни ионы-узлы кристаллической решетки не являются гибкими сферами, случайно сталкивающимися друг с другом в своих движениях.

Необходимо использовать квантовую механику и статистику Ферми-Дирака, и тогда станет понятной экспериментальная зависимость сопротивления от температуры при предельно низких температурах, и не только это явление.

Например, мы будем понимать явление сверхпроводимости в некоторых металлах или их сплавах, заключающееся во внезапном исчезновении электрического сопротивления при температуре в несколько или несколько градусов Кельвина, а также в появлении диамагнитных свойств материала, которые при температурах выше критической температуры для сверхпроводника - не существовало.

Электрон, с точки зрения КМ, проявляет волновые свойства, является волновой частицей. Электроны в кристалле представлены блоховскими волнами. Это стоячие волны, заключенные в проводнике, подобно звуковым волнам в резонаторе фортепиано или скрипки.

Рис.2

Волны вероятности, связанные с электронами в металле, сдерживаются и ограничиваются поверхностью металла и остаются внутри металла. Но их форма дополнительно нарушена вблизи каждого иона из-за зарядовой связи между ионом и электроном проводимости.

Электроны, как и волновые частицы, не рассеиваются на ионах решетки, поскольку не происходит такого явления, как упругое столкновение волновой частицы с металлическим узлом кристаллической решетки, которым является каждый ион.

Таким образом, есть вероятность, что электронные волны заполняют внутреннюю часть проводника. Они вызывают во время упорядоченного дрейфа электронов колебания кристаллической решетки. Решетка попеременно расширяется и сжимается за счет взаимодействия между зарядом электронной волны и полем узла-иона. И когда мы количественно определяем эти колебания решетки, мы получаем квазичастицы, называемые фононами, которые чаще всего движутся со скоростями звуковых волн.

Возмущения амплитуд вероятностей электронов проводимости поэтому приводят к излучению фононов электронами при их дрейфе через металл - это основная причина появления сопротивления проводника.

Поток волновых частиц, носителей тока, испускает фононные каскады и в результате энергия электронов-волновых частиц уменьшается, а макроскопически мы наблюдаем электрическое сопротивление проводника.

Фонон — это квазимолекула с очень необычными физическими свойствами.

Фононы — это бозоны (имеют полный спин), поэтому они не связаны принципом своего поведения, могут бесследно возникать или исчезать. Такой фононный газ заполняет внутреннюю часть металла.Она определяется статистикой Бозе-Эйнштейна, а средняя кинетическая энергия фононов зависит от температуры.

Электронные волны дрейфующих электронов распространяются в газе образующихся фононов.

Говорят о рассеянии волн вероятности, связанных с электронами, на фононах. Традиционный термин «рассеяние» наводит на заблуждения в виде гибких столкновений электронов с фононами.

Между тем, здесь происходит взаимодействие волновой частицы, называемой электроном, с квантовым полем бозонов, называемых фононами (могут появиться и оптические фононы), при котором электрон теряет энергию на процесс создания фононов, потому что колебания вызывает сам электрон. квантованной решетки.

Каждый участок решетки попеременно немного расширяется и немного сжимается, т.е. дрейф электронов также сопровождается волной колебаний заряда, взаимодействующей с электронами и вызывающей изменение их квантовых состояний.

Такое рассеяние называется динамическим рассеянием, в отличие от кинематического рассеяния, которое основано на упругих столкновениях (обмен импульсом и энергией), а не на рождении квазичастиц. Несколько дней назад Хейзелхард недоумевал, почему эти два термина: кинематическое и динамическое рассеяние.

Динамическое рассеяние электронных блоховских волн в фононном газе уменьшается с понижением температуры, а электрическое сопротивление большинства металлов вблизи абсолютного нуля почти равно нулю, устанавливаясь на пренебрежимо малом значении.

Однако существуют металлы (например, вольфрам, свинец, олово) и сплавы, например сплавы ниобия и титана, а также соединения бария, меди и т. д., которые при низких температурах проявляют явление так называемого сверхпроводимость.

На рис. 3 показано изменение электрического сопротивления свинца в зависимости от температуры.При температуре около 7 К сопротивление чистого свинцового провода исчезает! Это ноль.

Это означает, что ток может течь по проводу, даже когда напряжение равно нулю. Сверхпроводящие материалы нашли широкое применение в исследованиях, лабораториях и нанотехнологиях.

Чаще всего это сверхпроводящие электромагниты, применяемые в устройствах ЯМР, в генераторах плазмы, в ускорителях элементарных частиц, везде, где необходимы сильные магнитные поля с малым энергопотреблением.

В сверхпроводниковой петле ток может циркулировать сколь угодно долго, а его интенсивность все время остается постоянной. Такая петля имеет квантованный магнитный момент. Точные измерения магнитного момента такой петли показали, что носителями тока являются не отдельные электроны, а их пары.

Спаренные электроны имеют противоположные спины и противоположные отростки. Что связывает такую ​​систему? Ведь электростатическое отталкивание должно его сразу уничтожить.

Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер (Нобель, 1972 г.) предложили модель сверхпроводимости (кратко известную как модель БКШ) в 1957 г. [2], в которой образование электронных пар, называемых куперовскими парами, нашло прекрасное объяснение.

Фактором связи электронов в куперовских парах являются фононы.

Рис.4

Если электрон А приближается к электрону В, который тоже движется, только с противоположной скоростью, то электрон А излучает фонон, меняет направление и удаляется.

В-электрон поглощает фонон и меняет направление движения на тот же угол. В результате оба электрона продолжают двигаться в противоположном направлении. Это не приводит к разрыву куперовской пары.Описанный процесс имеет место для всех пар электронов с поверхности Ферми, имеющих противоположные скорости. И металл становится сверхпроводником.

Куперовская пара — это два электрона с нулевым суммарным импульсом, связанные друг с другом фононным обменом. Образование пары очень сильно зависит от поведения других электронов.

Электроны в обычном металле ведут себя как молекулы свободного газа.

Куперовские пары, с другой стороны, напоминают молекулы, из которых состоит кристалл. Кристалл в целом может двигаться, но каждая его молекула имеет четко определенное положение в решетке.

Можно сказать, что в сверхпроводнике при температуре, близкой к абсолютному нулю, происходит своеобразная конденсация свободных электронов (фазовый переход) и все куперовские пары образуют конденсат, который движется как единое целое.

В сверхпроводнике куперовские пары покоятся, когда ток не течет, а когда ток пропускается, все пары движутся с одинаковой скоростью.

Таким образом, носители электрического тока в сверхпроводниках представляют собой конденсированные куперовские пары, движущиеся с одинаковой скоростью.

Сверхпроводимость — бурно развивающаяся область физики конденсированных фаз [3].

Эта физика столкнулась с множеством необычных физических явлений, например, магнитными свойствами сверхпроводников, влиянием силы тока, протекающего на состояние сверхпроводника, или влиянием магнитного поля, значением и функциями дефектов в металле. кристалл, искусственное построение кристаллической решетки, построение двумерных сеток и одномерных порядков, а затем тестирование их электрических, тепловых и механических свойств.

Содержание — если использовать термин З. Гелера — физической материи в конденсированной фазе кажется неисчерпаемым, а бессилие классической физики (механики и электродинамики) в описании и объяснении механизма происходящих там явлений — поразительно.

При столкновении с этим - замечательная или даже волшебная полезность КМ и КЭД. Везде господствуют амплитуды волн вероятности и их связь с различными физическими полями.

В крохотном кристалле (или соединениях) металла или металлического сплава можно увидеть затейливые игры и превращения волн де Бройля в структуры, раскрывающие универсальный код Природы.Так что это не литературная метафора, если сказать, что всю вселенную можно увидеть в твердом кристалле.

Литература

[1] Э.М.Перселл, Электричество и магнетизм, Варшава, 1971, стр. 148-160.

[2] Дж. Бардин, Л.Н.Купер, Дж.Р.Шриффер, Теория сверхпроводимости, Phys.Rev.108.5, 1957, стр. 1175-1205.

[3] П. Типлер, Р. Левеллин, Современная физика, 4 -е изд. Лондон, 2002 г.

.

Текущий


Существование электричества для нас очевидно. Он питает наши телефоны, освещает наши квартиры, кипятит нам воду, сохраняет нашу еду при низкой температуре... Мы не замечаем его работы, возможно, даже порой не ценим ее. Но знаем ли мы, как это работает? Здесь мы рассмотрим некоторые из его поступков и построим модель, объясняющую то и это.

Электричество трудно изучить без построения цепей. Поэтому я призываю вас посетить магазин DIY! Вы купите там плоские батарейки (3 В) и алюминиевую ленту, из которой соберете свою первую (?) электрическую цепь.Купите еще несколько светодиодов онлайн или в магазине электроники!

Соберите простейшую схему с одной батареей и одним диодом. Предупреждение! Диод - это полупроводник, что мы пока объясним так, что он проводит ток наполовину, потому что... в одну сторону. Возможно, его придется повернуть, если цепь не загорается. Более подробное и очень элегантное объяснение того, как работает светодиод, можно найти здесь (для желающих).

Параллельное соединение
Как работает батарея? Некоторые знания по химии будут полезны при объяснении.Посмотрите этот и этот фильм.

Цепь работает? Светодиод горит? Тогда идем дальше.

последовательное соединение
Следующими схемами, которые нужно построить, являются схемы с двумя диодами. И вот первая курьезность, потому что их можно построить двумя способами. Одно называется последовательным соединением, другое - параллельным соединением, которое получается из-за того, где подключен диод: один за другим (как последовательно) или на параллельном отрезке провода.

Попробуйте сделать так, чтобы два светодиода загорались одновременно при обоих типах подключения.Не читайте, пока не попробуете!

...

Готовы? Это момент, когда никакой письменный учебник не может сделать это за вас. Ваше любопытство должно показать вам, что невозможно зажечь оба светодиода последовательно только с одной батареей. Попробуйте соединить две батареи вместе, а затем проверьте, видите ли вы свет. Если у вас все хорошо подключено, вы должны быть в состоянии сделать это.

Следовательно, для последовательного соединения требуется большее напряжение, чем для параллельного соединения.Но почему? И что это за вольты на самом деле? Интуитивно и непрофессионально можно сказать, что это как-то связано с мощностью, энергией системы - чем больше вольт, тем лучше для наших устройств! Наша интуиция нас не обманывает - вольты действительно имеют какое-то отношение к энергии, которую может дать нам батарея. Чтобы понять, что они означают, нам нужно взглянуть на электрический провод в микромасштабе.

На курсе статического электричества мы узнали о носителях заряда: отрицательных электронах и положительных протонах.Ионы элементов также могут быть такими переносчиками. Мы также знаем, что есть материалы, которые очень хорошо электризуются — это проводники — и те, что слабо электризуются — изоляторы. Напомним, как строится руководство.

Во-первых, у нас есть кристаллическая решетка. В случае проводников он состоит из положительно заряженных ядер элементов. Часть валентных электронов принимает участие в образовании связей, связывающих последующие ядра с помощью электростатических сил (открытых Кулоном).Однако связывают их определенным образом. Электроны не «на привязи», они не «привязаны» к конкретным ядрам, а могут свободно перемещаться по всему проводнику ! По этой причине мы называем их свободными электронами.

Свободные электроны будут двигаться в случайно выбранном направлении, пока наш проводник не будет подключен к батарее. Тогда электроны почувствуют, что с одной стороны их что-то отталкивает (это сторона, соединенная с минусом батареи), а с другой стороны притягивает (сторона, соединенная с плюсом).Отныне у них не будет выбора: все они начнут двигаться в одном направлении. Можно сказать, что они «приведут в порядок» свой предыдущий, хаотичный ход. Следовательно, упорядоченное движение электронов просто называется электрическим током.

Важное примечание: по историческим причинам направление тока положительное к отрицательному, что означает, что он ... против направления электронов! Мы ничего не можем поделать с условностями, мы можем только утешаться тем, что иногда движутся и положительные ионы, и тогда принятая условность верна.Вы просто должны помнить это.

Электроны в проводнике не разгоняются до скорости света. Они не достигают и половины процента от этого размера! Ну а электронов и атомных ядер столько, что все постоянно трется друг о друга, отражается и возвращается. В результате электрону приходится много работать, чтобы продвинуться даже на метр! Существует формула, позволяющая вычислить скорость электрона в проводнике. Это дополнительные знания, но применять их стоит, чтобы научиться хотя бы на порядок. Все равно будет км/с? Или км/ч?

Мы узнаем скорость электронов в V-проводнике, зная напряжение U, приложенное к цепи (т. е. сколько вольт имеет батарея), элементарный заряд q, длину l-проводника и плотность проводника d.3

подставляем в формулу:

V = U/(n q l d) = 6 см/с

Сюрприз? Электрон в алюминии проходит расстояние 6 сантиметров за одну секунду! И это много! В других проводниках, гораздо более узких, они могут быть даже миллиметры в секунду. Если это так мало, то почему диод загорается сразу, а не только через чуть более 3 секунд, когда электрон охватил всю цепь?

Вы уже, наверное, догадались. Ведь электроны находятся в всего проводника .После замыкания провода все начинают двигаться, а значит сразу загорается свет. Неважно, когда какой-либо конкретный электрон перемещается с одного конца батареи на другой.

Конец микротура! Возвращаемся к переводу макроэффектов. Мы готовы ввести две физические величины.

Определим электрическое напряжение между двумя точками цепи как частное работы (энергии), которую необходимо совершить (затратить) для перемещения зарядов из одной точки в другую на величину этого заряда.Формула зафиксирует это короче и позволит вам узнать единицу электрического напряжения.

U = Вт / q [1 В = 1 Дж / 1 Кл]

Наконец-то мы видим, откуда берется наш вольт! Мы также видим, что это на самом деле имеет какое-то отношение к энергии.

Определим силу электрического тока как количество заряда, протекающего за одну секунду через поперечное сечение проводника. Другими словами:

I = q / t [1 A = 1 C / 1 s]

Так мы узнаем единицу силы: ампер.

Чем полезны эти цифры? Что ж, они помогут с самого начала разобраться в загадке: почему два последовательно соединенных диода требуют большего напряжения, чем соединенные параллельно.

В последовательной цепи все электроны движутся по одному проводнику, проходя через первый, а затем через второй диод. Электроны несут энергию от батареи, которую потребляют диоды для освещения. Первый диод потребляет на освещение 3 В, поэтому если мы не подключим более мощную батарею, на второй ничего не останется. Так что электричество не сможет течь, и мы вообще не увидим никакого света.

В параллельной цепи ток распределяется и половина электронов (при условии, что диоды одинаковые) пойдет на верхний диод, а другая половина на нижний диод.Они будут нести с собой ту же энергию, которую будут передавать светодиодам. Это означает, что у меня одинаковое напряжение в каждой ноге цепи! На каждый диод подается напряжение 3 В, поэтому каждый из них может загореться.

Теперь мы можем спросить, связаны ли как-то напряжение и ток. Чтобы обнаружить это, достаточно изучить, как изменится напряжение в цепи, когда мы увеличим его напряжённость. Вы можете собрать результаты измерений для дюжины или около того точек и посмотреть, соответствуют ли они каким-либо известным нам образом.Может быть, это будет парабола, или гипербола, или простая или постоянная функция? А может, ничего мудрого мы не увидим, потому что точки будут расползаться по всему графику без видимого смысла?

Для проведения точных измерений необходимы измерители напряжения и тока. И уметь их соединять! Оказывается, они связаны совершенно по-разному. Измеритель интенсивности называется амперметром. Его задача — проверить, какой заряд проходит через сечение проводника за одну секунду. Поэтому амперметр должен быть включен последовательно, чтобы он мог регистрировать все свободные электроны, а не только их часть.

Напряжение, т.е. разность потенциалов, измеряется вольтметром. Его задача — сообщить нам, какое напряжение потребляет какой-то участок цепи. Другими словами, какова разность потенциалов между двумя выбранными точками. Так что подключаем параллельно.

Воспользуйтесь данными, которые я собрал ниже, и постройте график зависимости электрического напряжения U от электрического тока I. Отметьте на нем погрешности измерения (какие важнее: от U или от I?) и начертите соответствующую линию, соответствующую точкам, начиная с точки ( 0.0).

V V 90 173 117.4 9023 3 90.9
SPIRAL



Measurement no. voltage U [V] error U149 [V] error U149 mA] error I [mA]
1 ​​​​ 6.19 0.05 136.2 13.8
2 5.34 0.05 11.9
3 3.90 0.04 87.8 9.0
4 2.64 0.03 58.1 6.0
5 1.32 0.03 29.1 3.1
6 1.53 0.03 33.7 3.6
7 4.13 0.04 9.3
8 5.47 0.05 120.2 12.2
9 6.80 0.05 149.6 15.2
10 7.59 0.06 167,0 16,9
11 2,83 0,03 62,3 6.4
6.4
.

  1. Установка масштаба вертикальной и горизонтальной оси
    1. Найдите наибольшее значение, которое вам нужно отметить
    2. подсчитайте, сколько у вас есть сеток по вертикальной и горизонтальной оси
    3. Разделите наибольшее значение на количество квадратов, чтобы получить масштаб вашей оси
    4. могут быть моменты, когда вам нужно приблизиться к этой цифре; в этом случае максимальное значение немного сдвинется на графике
  2. Подписать оси, отметить единицы измерения
  3. Добавить точки измерения
  4. Отметьте погрешности измерения текущей интенсивности, проведя горизонтальные линии, удаленные от вашей точки влево и вправо на погрешность измерения, указанную в таблице
  5. Проведите линию через точку (0,0) и все диапазоны неопределенности
  6. Рассчитайте коэффициент наклона прямой линии: введите высоту от любой точки прямой линии до горизонтальной оси.Вычислите отношение высоты треугольника к его основанию. Это число является сопротивлением этой электрической цепи!

Моя диаграмма выглядит так:

Мы видим, что проще всего соединить точки прямой линией. Это очень важная информация! В физике величины, которые можно соединить прямой линией, пропорциональны друг другу , которые мы обозначаем:

U ~ I

такое же количество раз! Как проверить? Выберите любую интенсивность на графике, например.50 мА и посмотреть, какому напряжению он соответствует. А потом посмотреть какое напряжение на 100 мА. Тоже увеличили в два раза?

Как вы это докажете? Если вы хорошо разбираетесь в математике, вы можете использовать свойства линейной функции. Однако могут быть случаи, когда это еще не было сделано в вашей школе. Но вы наверняка знаете что-то о подобных треугольниках. Найдите их на этом графике, и вы обнаружите, что отношение высоты треугольника к его основанию постоянно. В физике мы называем эту константу электрическим сопротивлением и обозначаем буквой R. Что такое единица сопротивления? Измеряем высоту треугольника в вольтах, а основание в амперах, итак:

[В / А = ом]

Единицей сопротивления является ом, обозначаемый греческой буквой омега. В нашей таблице константа R равна 45,4 Ом. Сопротивление зависит от вещества. Взгляните на эту таблицу и найдите лучшие проводники и лучшие изоляторы! Какое отношение к ней имеет водопроводная вода и воздух? GaAs — полупроводник. Посмотрите, применимо ли наше небрежное определение, что полупроводник является проводником только наполовину, в реальности.Примечание: значения, приведенные в таблице, представляют собой удельное сопротивление и проводимость. Дело в том, что сопротивление уменьшается с расстоянием, поэтому для сравнения нужно брать по 1 метру каждого материала.

Подробнее о сопротивлении для волонтеров: лампочка сопротивления.

Итак, мы можем записать наше новое уравнение во всей его красе:

U = I R

Это уравнение называется Закон Ома .

Мы уже выучили около 75% важнейших физических формул, связанных с электрическим током! Последний впереди нас.

Сначала перечислим, в какие формы энергии может быть преобразована энергия электрического тока:

  1. свет - диод, лампочка, люминесцентная лампа...
  2. тепло - также лампочка, отопление, чайник...
  3. механическая работа - перемещение чего-либо, поворот, запуск двигателя автомобиля...
  4. ??? - узнаем позже!
Поскольку мы можем преобразовывать электричество в другие формы, мы хотели бы знать некоторые уравнения, описывающие, как напряжение и сила тока должны производить энергию.

Сколько ватт у вашего пылесоса? Или сушилка, чайник? Ватты - единицы мощности. Используя уравнения для напряжения и тока, мы можем легко узнать, какова мощность электрической системы.

По определению мощность - это работа, совершаемая за некоторое время: P = W/t

Из напряжения определяем работу: U = W/q, т.е. W = U q.

Используем интенсивность для расчета времени: I = q / t, то есть t = q / I.

Подставим последние два уравнения в формулу степени. Получим после преобразований (что происходит с дробью в знаменателе?) что мощность есть произведение напряжения на ток.2*р.

Задания для практики : Z2/48, Z3,5/49, Z1,2/58, Z1/65, Z3/66, Z4/67, Z1,2,3/74, Z1/ 82, З2/84

.

Смотрите также