Любой профессионал в области электротехники непременно использует закон Ома при выполнении задач по наладке, настройке и ремонту электронных и электрических схем.
Знание этого закона важно для каждого, так как каждый использует электричество в повседневной жизни.
Несмотря на то, что учебный курс средней школы предусматривает знакомство с немецким физиком Омом, эта тема не всегда получает своевременного изучения. Рассмотрим в нашем материале актуально для жизни тему и разберемся с вариантами записи формулы.
Отдельное звено и полный электрообойм
Применительно к закону Ома, изучение электрической цепи допускает два подхода к расчету: для отдельного участка и для всей цепи.
Вычисление силы тока на участке электрической цепи.
Область электрической цепи, обычно изучаемая отдельно, — это часть схемы без источника ЭДС, который считается имеющим собственное внутреннее сопротивление.
В связи с этим формула расчета представлена следующим образом:
I = U/ R,
Где, соответственно:
- I – сила тока;
- U – приложенное напряжение;
- R – сопротивление.
Формула описывает зависимость тока от напряжения и сопротивления в участке цепи: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Формула ясно показывает связь протекания тока на участке электрической цепи с напряжением и сопротивлением.
Формулу можно применять при определении параметров сопротивления, необходимых для включения в схему, зная напряжение и ток.
Рисунок поможет определить, к примеру, ток, проходящий через сопротивление в 10 Ом, если к нему приложено напряжение в 12 вольт. Подставив значения, получим: I = 12 / 10 = 1.2 ампера.
Поиск сопротивления при известных значении тока и напряжения, а также поиск напряжения при известных значениях тока и напряжения производится аналогичным образом.
Можно всегда выбрать нужное рабочее напряжение, ток и резистор.
Соединительные провода в любой схеме представляют собой сопротивления. Величина нагрузки, которую им придется выдержать, определяется напряжением.
Следовательно, применяя закон Ома, можно точно рассчитать нужное сечение провода, учитывая материал жилы.
У нас на сайте есть подробная инструкция по расчету сечения кабеля по мощности и току.
Вариант расчета для полной цепи
Полную цепь образуют участки и источник ЭДС. Внутреннее сопротивление источника ЭДС присоединяется к уже имеющемуся резистивному элементу участка цепи.
В связи с этим целесообразно внести коррективы в ранее обсужденную формулу.
I = U / (R + r)
Значение внутреннего сопротивления ЭДС в законе Ома для замкнутой электрической цепи обычно пренебрежимо мало, однако оно все же может различаться в зависимости от конструкции источника ЭДС.
При расчётах сложных электронных схем и электрических цепей с большим числом проводников дополнительное сопротивление играет значительную роль.
При проектировании как отдельного звена цепи, так и всей системы важно учитывать характер используемого тока – постоянный или переменный.
Если приведенные выше особенности закона Ома изучать применительно к постоянному току, то в случае переменного тока картина складывается по-другому.
Анализ воздействия закона на изменяющуюся величину.
Понятие «сопротивление» при переменном токе лучше понимать как «импеданс», сочетающее активную резистивную нагрузку (Ra) и нагрузку, создаваемую реактивным резистором (Rr).
Подобные явления определяются характеристиками индукторов и законами коммутации для переменного напряжения, в частности синусоидального тока.
Токовые значения могут опережать или отставать от значений напряжения, приводя к появлению активной и реактивной мощностей.
Вычисление таких событий выполняется с помощью формулы.
Z = U / I или Z = R + J * (XL — XC)
где: Z – импеданс; R – активная нагрузка; XL , XC – индуктивная и емкостная нагрузка; J – коэффициент.
Последовательное и параллельное включение элементов
Элементы электрической цепи могут быть соединены последовательно или параллельно.
Каждый тип соединения приводит к различному протеканию тока и подаче напряжения. Закон Ома применим в этом случае с учётом способа подключения элементов.
Последовательное соединение сопротивлений.
В случае последовательного соединения, то есть участка цепи, состоящего из двух компонентов, применяют следующее выражение:.
- I = I1 = I2 ;
- U = U1 + U2 ;
- R = R1 + R2
Данная формулировка ясно показывает, что величина тока в участке цепи остаётся неизменной, вне зависимости от количества последовательно подключенных резисторов.
Сила тока, протекающего через рабочие резисторы схемы, равна величине источника ЭДС.
Тензионое воздействие на каждом отдельном элементе таково, что: Ux = I * Rx.
Сумма номиналов всех резисторов в цепи равна общему сопротивлению.
Параллельная цепь из резисторов.
При одновременной работе резисторов справедливо применение формулы закона немецкого физика Ома.
- I = I1 + I2 … ;
- U = U1 = U2 … ;
- 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + …
Возможна разработка схемных участков с комбинированным типом соединения, сочетающим параллельное и последовательное подключение элементов.
Для подобных случаев расчет производится исходя из первоначального сопротивления параллельно соединенных элементов. К получившемуся значению прибавляется сопротивление последовательно подключенного резистора.
Интегральная и дифференциальная формы закона
Все расчеты, описанные ранее, актуальны для схем с проводниками одинаковой структуры.
В практике часто встречаются схемы, в которых конструкция проводников различается по разным участкам. Например, применяют провода с разными сечениями и изготовленные из различных материалов.
Для учета этих различий есть вариант, называемый «дифференциально-интегральным законом Ома». Для бесконечно малого проводника определяют уровень плотности тока на основе напряженности электрического поля и величины удельной проводимости.
Под дифференциальный расчет берется формула: J = ό * E
Для интегрального расчета, соответственно, формулировка: I * R = φ1 – φ2 + έ
Эти примеры больше подходят для высшей математики, чем для практики обычного электрика.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролик, показанный ниже, подробно разбирает закон Ома и поможет укрепить знания по этой теме.
Видеоряд помогает прочно закрепить полученные знания.
Работа электрика и радиотехника всегда сталкивается с ситуациями, где можно увидеть действие закона Ома.
Требуются лишь три основных варианта формулировок для успешного применения в практике.
Добавьте свои мысли к этой статье в блоке комментариев. Возникли вопросы? Не стесняйтесь обратиться к нашим специалистам.