Сколько законов ома существует

Сколько законов ома существует

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

  1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
    • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
    • Формула: I=frac
    • U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)

      Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

      Формула: U=IR

    • R— электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
      • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
      • Формула R=frac
      • Определение единицы сопротивления — Ом

        1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1(Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

        Закон Ома для полной цепи

        Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

        Формула I=frac <varepsilon>

        • varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
        • I — сила тока в цепи, А;
        • R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
        • r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

        Как запомнить формулы закона Ома

        Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

        .

        • U — электрическое напряжение;
        • I — сила тока;
        • P — электрическая мощность;
        • R — электрическое сопротивление

        Смотри также:

        Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

        ЗАКОН ОМА (по имени немецкого физика Г. Ома (1787-1854)) – единица электрического сопротивления. Обозначение Ом. Ом – сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 А возникает напряжение 1 В.

        Закон Ома гласит: Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к участку, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению этого участка.

        И записывается формулой: R = U/ I.(Где: I — сила тока (А), U — напряжение (В), R — сопротивление (Ом).)

        Следует иметь в виду, что закон Ома является фундаментальным (основным) и 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., также, как и Законы Кирхгофа, однако, такое приложение этого закона используется крайне редко в рамках узко специализированных расчётов.

        Взаимосвязь между падением напряжения на проводнике, его сопротивлением и силой тока легко запоминается в виде треугольника, в вершинах которого расположены символы U, I, R.

        Законы Кирхгофа

        Законы Кирхгофа (или правила Кирхгофа) — соотношения, которые выполняются между токами и напряжениями на участках любой электрической цепи. Правила Кирхгофа позволяют рассчитывать любые электрические цепи постоянного и квазистационарного тока. Имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения любых электротехнических задач. Применение правил Кирхгофа к цепи позволяет получить систему линейных уравнений относительно токов, и соответственно, найти значение токов на всех ветвях цепи.

        Для формулировки законов Кирхгофа, в электрической цепи выделяются узлы — точки соединения трёх и более проводников и контуры — замкнутые пути из проводников. При этом каждый проводник может входить в несколько контуров.
        В этом случае законы формулируются следующим образом.

        Первый закон (ЗТК, Закон токов Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком):

        Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов. Этот закон может применяться и для других физических явлений (к примеру, водяные трубы), где есть закон сохранения величины и поток этой величины.

        Второй закон (ЗНК, Закон напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

        Читайте также:  Схема зарядки ваз 21074

        для постоянных напряжений:

        для переменных напряжений:

        Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит ветвей, из которых содержат источники тока ветви в количестве , то она описывается уравнениями напряжений. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

        Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

        На этом рисунке для каждого проводника обозначен протекающий по нему ток (буквой «I») и напряжение между соединяемыми им узлами (буквой «U»)

        Например, для приведённой на рисунке цепи, в соответствии с первым законом выполняются следующие соотношения:

        Обратите внимание, что для каждого узла должно быть выбрано положительное направление, например здесь, токи, втекающие в узел, считаются положительными, а вытекающие — отрицательными.

        В соответствии со вторым законом, справедливы соотношения:

        Если направление тока совпадает с направлением обхода контура (которое выбирается произвольно), перепад напряжения считается положительным, в противном случае — отрицательным.

        Законы Кирхгофа, записанные для узлов и контуров цепи, дают полную систему линейных уравнений, которая позволяет найти все токи и напряжения.

        Существует мнение, согласно которому «Законы Кирхгофа» следует именовать «Правилами Кирхгофа», ибо они не отражают фундаментальных сущностей природы (и не являются обобщением большого количества опытных данных), а могут быть выведены из других положений и предположений.

        Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

        Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9536 — | 7549 — или читать все.

        См. также: Портал:Физика

        Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника (или электрического напряжения) с силой тока, протекающего в проводнике, и сопротивлением проводника. Установлен Георгом Омом в 1826 году (опубликован в 1827 году) и назван в его честь.

        В своей работе [1] Ом записал закон в следующем виде:

        X = a b + l , ( 1 ) <displaystyle X!=>,qquad (1)>

        • X — показания гальванометра (в современных обозначениях, сила тока I );
        • a — величина, характеризующая свойства источника напряжения, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока (в современной терминологии, электродвижущая сила (ЭДС) ε );
        • l — величина, определяемая длиной соединяющих проводов (в современных представлениях соответствует сопротивлению внешней цепи R );
        • b — параметр, характеризующий свойства всей электрической установки (в современных представлениях, параметр, в котором можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r ).

        Формула (1) при использовании современных терминов выражает закон Ома для полной цепи:

        I = ε R + r , ( 2 ) <displaystyle I!=<varepsilon ! over >,qquad (2)>

        • ε <displaystyle <varepsilon !>>— ЭДСисточника напряжения, В;
        • I <displaystyle I>— сила тока в цепи, А;
        • R <displaystyle R>— сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
        • r <displaystyle r>— внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

        Из закона Ома для полной цепи вытекают следующие следствия:

        • при r ≪ R <displaystyle rll R>сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению, а сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения;
        • при r ≫ R <displaystyle rgg R>сила тока не зависит от свойств внешней цепи (от величины нагрузки), и источник может быть назван источником тока.

        U = I R , ( 3 ) <displaystyle U!=IR,qquad (3)>

        где U <displaystyle U> есть напряжение, или падение напряжения (или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника), тоже называют «законом Ома».

        Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:

        ε = I r + I R = U ( r ) + U ( R ) . ( 4 ) <displaystyle <varepsilon !>=Ir+IR=U(r)+U(R).qquad (4)>

        То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

        Читайте также:  Как обшить шкаф вагонкой

        К другой записи формулы (3), а именно:

        I = U R ( 5 ) <displaystyle I!=qquad (5)>

        применима другая формулировка:

        Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

        Выражение (5) можно переписать в виде

        I = U G , ( 6 ) <displaystyle I!=,qquad (6)>

        где коэффициент пропорциональности G назван проводимость или электропроводность. Изначально единицей измерения проводимости был «обратный ом» — Mо [3] , в Международной системе единиц (СИ) единицей измерения проводимости является си́менс (русское обозначение: См; международное: S), величина которого равна обратному ому.

        Содержание

        Мнемоническая диаграмма для закона Ома

        В соответствии с этой диаграммой формально может быть записано выражение:

        R = U I , ( 7 ) <displaystyle R!=,qquad (7)>

        которое всего лишь позволяет вычислить (применительно к известному току, создающему на заданном участке цепи известное напряжение), сопротивление этого участка. Но математически корректное утверждение о том, что сопротивление проводника растёт прямо пропорционально приложенному к нему напряжению и обратно пропорционально пропускаемому через него току, физически ложно.

        В специально оговорённых случаях сопротивление может зависеть от этих величин, но по умолчанию оно определяется лишь физическими и геометрическими параметрами проводника:

        R = ϱ l s , ( 8 ) <displaystyle R!=<varrho l over s>,qquad (8)>

        Закон Ома и ЛЭП

        Одним из важнейших требований к линиям электропередачи (ЛЭП) является уменьшение потерь при доставке энергии потребителю. Эти потери в настоящее время заключаются в нагреве проводов, то есть переходе энергии тока в тепловую энергию, за что ответственно омическое сопротивление проводов. Иными словами, задача состоит в том, чтобы довести до потребителя как можно более значительную часть мощности источника тока P <displaystyle P> = ε I <displaystyle <varepsilon !I!>> при минимальных потерях мощности в линии передачи P ( r ) = U I , <displaystyle P(r)=UI,> где U = I r , <displaystyle U!=Ir,> причём r <displaystyle r> на этот раз есть суммарное сопротивление проводов и внутреннего сопротивления генератора (последнее всё же меньше сопротивления линии передач).

        В таком случае потери мощности будут определяться выражением

        P ( r ) = P 2 r ε 2 . ( 9 ) <displaystyle P(r)=<frac <2>r><varepsilon ^<2>>>.qquad (9)>

        Отсюда следует, что при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом, желательно всемерное увеличение ЭДС. Однако ЭДС ограничивается электрической прочностью обмотки генератора, поэтому повышать напряжение на входе линии следует уже после выхода тока из генератора, что для постоянного тока является проблемой. Однако для переменного тока эта задача много проще решается с помощью использования трансформаторов, что и предопределило повсеместное распространение ЛЭП на переменном токе. Однако при повышении напряжения в линии возникают потери на коронирование и возникают трудности с обеспечением надёжности изоляции от земной поверхности. Поэтому наибольшее практически используемое напряжение в дальних ЛЭП обычно не превышает миллиона вольт.

        Кроме того, любой проводник, как показал Дж. Максвелл, при изменении силы тока в нём излучает энергию в окружающее пространство, и потому ЛЭП ведёт себя как антенна, что заставляет в ряде случаев наряду с омическими потерями брать в расчёт и потери на излучение.

        Закон Ома в дифференциальной форме

        Сопротивление R <displaystyle R> зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

        Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

        J = σ E , <displaystyle mathbf =sigma mathbf ,>

        • J <displaystyle mathbf >— вектор плотности тока,
        • σ <displaystyle sigma >— удельная проводимость,
        • E <displaystyle mathbf >— вектор напряжённости электрического поля.

        Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость σ i j <displaystyle sigma _> является симметричным тензором ранга (1, 1), а закон Ома, записанный в дифференциальной форме, приобретает вид

        Читайте также:  Выдвижная кровать для двоих из массива

        J i = ∑ i = 1 3 σ i j E j . <displaystyle J_=sum _^<3>sigma _E_.>

        Раздел физики, изучающий течение электрического тока (и другие электромагнитные явления) в различных средах, называется электродинамикой сплошных сред.

        Закон Ома для переменного тока

        Вышеприведённые соображения о свойствах электрической цепи при использовании источника (генератора) с переменной во времени ЭДС остаются справедливыми. Специальному рассмотрению подлежит лишь учёт специфических свойств потребителя, приводящих к разновременности достижения напряжением и током своих максимальных значений, то есть учёт фазового сдвига.

        Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω , а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

        U = I ⋅ Z , <displaystyle mathbb =mathbb cdot mathbb ,>

        • U = U 0 e i ω t <displaystyle mathbb =U_<0>e^>— комплексное напряжение или разность потенциалов,
        • I <displaystyle mathbb >— комплексная сила тока,
        • Z = R e − i δ <displaystyle mathbb =Re^<-idelta >>— комплексное сопротивление (электрический импеданс),
        • R = Ra 2 + Rr 2 — полное сопротивление (модуль импеданса),
        • Rr = ωL − 1/(ωC) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
        • Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
        • δ = − arctg (Rr/Ra) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока (фаза импеданса, с точностью до обратного знака).

        При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть произведён взятием действительной или мнимой части (но во всех элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин. Соответственно, обратный переход строится для, к примеру, U = U 0 sin ⁡ ( ω t + φ ) <displaystyle U=U_<0>sin(omega t+varphi )> подбором такой U = U 0 e i ( ω t + φ ) , <displaystyle mathbb =U_<0>e^,> что Im ⁡ U = U . <displaystyle operatorname mathbb =U.> Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как F = Im ⁡ F . <displaystyle F=operatorname mathbb .>

        Если ток изменяется во времени, но не является синусоидальным (и даже периодическим), то его можно представить как сумму синусоидальных Фурье-компонент. Для линейных цепей можно считать компоненты фурье-разложения тока действующими независимо. Нелинейность цепи приводит к возникновению гармоник (колебаний с частотой, кратной частоте тока, действующего на цепь), а также колебаний с суммарными и разностными частотами. Вследствие этого закон Ома в нелинейных цепях, вообще говоря, не выполняется.

        Трактовка и пределы применимости закона Ома

        Закон Ома, в отличие от, например, закона Кулона, является не фундаментальным физическим законом, а лишь эмпирическим соотношением, хорошо описывающим наиболее часто встречаемые на практике типы проводников в приближении небольших частот, плотностей тока и напряжённостей электрического поля, но перестающим соблюдаться в ряде ситуаций.

        В классическом приближении закон Ома можно вывести при помощи теории Друде:

        J = n ⋅ e 0 2 ⋅ τ m ⋅ E = σ ⋅ E . <displaystyle mathbf =<frac <0>^<2>cdot au >>cdot mathbf =sigma cdot mathbf .>

        • σ <displaystyle sigma >— электрическая удельная проводимость;
        • n <displaystyle n>— концентрация электронов;
        • e 0 <displaystyle e_<0>>— элементарный заряд;
        • τ <displaystyle au >— время релаксации по импульсам (время, за которое электрон «забывает» о том, в какую сторону двигался);
        • m <displaystyle m>— эффективная масса электрона.

        Проводники и элементы, для которых соблюдается закон Ома, называются омическими.

        Закон Ома может не соблюдаться:

        • При высоких частотах, когда скорость изменения электрического поля настолько велика, что нельзя пренебрегать инерционностью носителей заряда.
        • При низких температурах для веществ, обладающих сверхпроводимостью.
        • При заметном нагреве проводника проходящим током, в результате чего зависимость напряжения от тока (вольт-амперная характеристика) приобретает нелинейный характер. Классическим примером такого элемента является лампа накаливания.
        • При приложении к проводнику или диэлектрику (например, воздуху или изоляционной оболочке) высокого напряжения, вследствие чего возникает пробой.
        • В вакуумных и газонаполненных электронных лампах (в том числе люминесцентных).
        • В гетерогенных полупроводниках и полупроводниковых приборах, имеющих p-n-переходы, например, в диодах и транзисторах.
        • В контактах металл-диэлектрик (вследствие образования пространственного заряда в диэлектрике) [4] .
        Ссылка на основную публикацию
        Сколько должна торчать столешница
        На сколько должна выступать столешница кухни? Данный вопрос сегодня волнует тысячи хозяек. И действительно, к установке подобных изделий нельзя подходить...
        Система улавливания паров бензина ваз 2110 инжектор
        Так установлен в моторном отсеке адсорбер системы улавливания паров топлива: 1- адсорбер; 2- электромагнитный клапан продувки адсорбера; 3- соединительные шланги....
        Система умный дом проект
        В процессе работы над детским исследовательским проектом по информатике на тему «Умный дом» автором была поставлена цель изучить системы «Умный...
        Сколько дрожжей давать курам
        Выращивая на своей ферме кур, каждый заводчик желает получать хорошую прибыль в виде вкусного мяса и крупных яиц. Поэтому, куроводы...
        Adblock detector