Закона Ома для участка цепи

В природе существует два основных типа материалов: проводники и непроводники (диэлектрики). Эти материалы имеют различные условия для протекания электрического тока (электронов).

Проводящие материалы (например, медь, алюминий, графит) используются для создания проводников, в которых электроны не ограничены и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны связаны с атомами, и ток не может пройти через них. Они используются для изоляции кабелей, частей электрооборудования.

Чтобы электроны могли двигаться по проводнику (т. е. чтобы в цепи шел ток), они должны быть обусловлены. Для этого в начале цепи должен быть избыток электронов, а в конце — недостаток. Для создания этих условий используются источники напряжения, такие как батареи, аккумуляторы или электростанции.

Формула Закона Ома

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

Чем больше труба и чем выше давление воды в ней (чем больше диаметр трубы, тем меньше сопротивление воды), тем больше воды проходит через нее. Если представить, что вода — это электроны (ток), то чем толще провод и чем выше напряжение (чем больше диаметр провода, тем меньше его сопротивление току), тем больше тока протекает через участок цепи.

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

Где I — ток, измеряемый в амперах и обозначаемый A; U — напряжение, измеряемое в вольтах и обозначаемое V; R — сопротивление, измеряемое в омах и обозначаемое OHMs; и U — сопротивление, измеряемое в вольтах и обозначаемое V.

Если известны напряжение питания U и сопротивление прибора R, ток через цепь I можно легко определить по приведенному выше уравнению с помощью электронного калькулятора.

Закон Ома используется для расчета электрических величин электрических кабелей, нагревательных элементов и радиокомпонентов в современном электронном оборудовании, таком как компьютеры, телевизоры и мобильные телефоны.

Применение закона Ома на практике

На практике часто необходимо определить величину сопротивления R, а не силу тока I. Используя уравнение закона Ома, можно рассчитать значение сопротивления R, если известны протекающий ток I и напряжение U.

Иногда необходимо рассчитать значение резистора. Примером может служить создание блока нагрузки для тестирования блока питания компьютера. Обычно на корпусе компьютерного блока питания имеется табличка с указанием максимального тока нагрузки для каждого напряжения. Просто введите напряжение нагрузки и максимальный ток в поле калькулятора, чтобы получить значение сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, если напряжение составляет +5 В, а максимальный ток — 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Теперь, когда вы рассчитали размер резистора для создания нагрузки для блока питания вашего компьютера, нужно ли вам определить размер резистора? Здесь пригодится еще один закон физики, открытый одновременно и независимо друг от друга двумя физиками. Джеймс Джоуль открыл его в 1841 году, а Эмиль Ленц — в 1842 году. Этот закон получил название закона Джоуля-Ленца.

Потребляемая мощность нагрузки прямо пропорциональна приложенному напряжению и протекающему через нее току. Это означает, что при изменении значений напряжения и тока пропорционально изменяется и потребляемая мощность.

Потребляемая мощность устройства измеряется в ваттах и обозначается W, где P — мощность, измеренная в ваттах и обозначенная W, U — напряжение, измеренное в вольтах и обозначенное V, а I — ток, измеренный в амперах и обозначенный A.

После того как известны напряжение питания и ток, потребляемый устройством, уравнение можно использовать для определения количества энергии, потребляемой устройством. Просто введите данные в поля ниже, используя онлайн-калькулятор.

Вы также можете найти потребляемый ток электрического устройства, для которого известны мощность и напряжение питания, по закону Джоуля-Ленца. Значение потребляемого тока необходимо, например, для выбора сечения кабеля при прокладке электрических кабелей и для расчета номинального значения тока.

Например, рассчитайте потребление тока стиральной машиной. Потребляемая мощность сертификата составляет 2200 Вт. Напряжение питания бытовой электросети составляет 220 Вт. Подставляя данные в окно калькулятора, мы видим, что стиральная машина потребляет ток 10 А.

В качестве другого примера, мы решаем установить в автомобиле дополнительный проектор или усилитель. Если вы знаете потребляемую мощность устанавливаемого электрооборудования, вы можете легко рассчитать потребляемый ток и выбрать правильное сечение кабеля для подключения к проводке автомобиля. Если предположить, что дополнительные фары потребляют 100 Вт мощности (мощность ламп, установленных в фарах), то напряжение в сети автомобиля составляет 12 В. Подстановка мощности и напряжения в окно калькулятора дает ток потребления 8,33 А.

Если вы понимаете только два простейших уравнения, вы можете легко рассчитать ток, протекающий по проводам, и мощность, потребляемую электрооборудованием. Вы начнете понимать основы электричества на практике.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

В Интернете я нашел изображения круглых таблиц, содержащих формулы закона Ома и закона Джоуля-Ленца, а также математические варианты преобразования формул. Стол состоит из четырех секторов, не связанных между собой, что очень удобно для практических целей.

Из этой таблицы легко найти формулы для расчета необходимых параметров электрической цепи по двум другим известным параметрам. Например, в соответствии с известной мощностью и напряжением питания необходимо определить ток, потребляемый изделием. Таблица в текущей области показывает, что уравнение I=P/U подходит для расчета.

Если напряжение сети U необходимо определить по значению потребляемой мощности P и значению тока I, можно использовать уравнение — U=P/I в левом нижнем квадранте.

Заменяемые значения должны быть в амперах, вольтах, ваттах или омах.

Задать вопрос автору статьи, оставить комментарий

Добрый вечер, Александр Николаевич. Пожалуйста, ответьте на следующий вопрос. Предположим, у вас есть прибор на 220 В мощностью 2000 Вт. В этом случае потребляемый ток составит приблизительно 10 А. Однако, как известно, современные электроприборы рассчитаны на работу при напряжении от 210 до 240 В. При изменении напряжения питания изменяется потребляемый ток.

Здравствуйте Андрей, изменяется ли потребляемый ток, зависит от принципа работы и конструкции устройства. Например, в случае простого нагревателя со спиралевидным нагревательным элементом ток будет пропорционально увеличиваться при увеличении напряжения, согласно закону Ома. Например, обогреватель или плита рассчитаны на 2000 Вт. В этом случае сопротивление нагревателя составит 24,2 Ω, а потребляемый ток при напряжении 220 В — 9,09 А. Если напряжение в сети достигает предела в 242 В, потребляемый ток увеличивается до 10 А, а удельная мощность достигает 2200 Вт. Если устройство оснащено регуляторами тока или напряжения, то потребляемый устройством ток уменьшается при увеличении напряжения и увеличивается при его уменьшении. К таким устройствам относятся компьютеры, зарядные устройства, телевизоры и радиоприемники. Такое поведение тока обусловлено тем, что потребляемая мощность устройства не меняется при изменении напряжения питания. Действительно, согласно уравнению P=UI. Поэтому ток изменяется обратно пропорционально изменению величины напряжения.