Закон Ома для электрической цепи

Электрический ток, как и любой процесс, подчиняется законам физики. Знаменитый немецкий физик Георг Симон Ом, именем которого названа единица измерения сопротивления, в 1826 году эмпирически вывел формулы, связывающие между собой ток, напряжение и сопротивление. Поначалу закон вызвал недоверие и критику в научных кругах. Затем правильность его рассуждений была подтверждена французом Клодом Пулье и труды Ома получили заслуженное признание.

Закон Ома для электрической цепи (полной)

Закон Ома для полной цепи

Частный случай – закон Ома для участка цепи:

Закон Ома для участка цепи

Обозначение

Единица измерения

Физический смысл

I Ампер Сила тока в цепи
ԑ Вольт Электродвижущая сила (э.д.с.) источника питания
r Ом Внутреннее сопротивление источника питания
R Ом Сопротивление нагрузки, подключенной и источнику
U Вольт Падение напряжения на сопротивлении нагрузки
Поясняющая схема к закону Ома
Поясняющая схема к закону Ома

Добавим к этим формулам еще и электрическую мощность, выделяемую при прохождении тока:

Мощность на участке цепи

В результате получается ряд формул, которые выводятся математически. Они связывают между собой все перечисленные физические величины.

Напряжение Ток Сопротивление Мощность
Напряжение формула 1 Ток формула 1 Сопротивление формула 1 Мощность формула 1
Напряжение формула 2 Ток формула 2 Сопротивление формула 2 Мощность формула 2
Напряжение формула 3 Ток формула 3 Сопротивление формула 3 Мощность формула 3

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

Электродвижущая сила источника напряжения характеризует его способность обеспечивать постоянную разность потенциалов на выводах. Эта сила имеет неэлектрическую природу: химическую у батареек, механическую – у генераторов.

Какова роль внутреннего сопротивления источника питания и что это такое? Допустим, вы замкнули накоротко выводы автомобильного аккумулятора медным проводником небольшого сечения. В физическом смысле вы подключили к источнику постоянного тока сопротивление, близкое к нулю. Если воспользоваться формулой для участка цепи, то через аккумулятор и проволоку должен пойти ток бесконечно большой величины. На деле этого не происходит, но проволока сгорит.

Теперь замкнем этой же проволокой батарейку. Ток через нее пойдет меньший. Это объясняется большим, чем у аккумулятора, значением внутреннего сопротивления. При малом сопротивлении нагрузки формула закона для полной цепи превращается в

Мощность короткого замыкания

В итоге ток через замкнутую накоротко батарейку будет иметь конечное значение, а мощность приведет к нагреву батарейки. Если бы мы замкнули аккумулятор более толстым проводом, выдержавшим ток короткого замыкания, то он ощутимо нагрел бы источник изнутри.

Э.Д.С. источника можно с некоторой точностью измерить вольтметром с высоким входным сопротивлением. Внутреннее же сопротивление источника нельзя измерить напрямую, а только рассчитать.

Закон Ома для переменного тока

На переменном токе в формуле закона Ома используется не активное, а полное сопротивление (Z).

Закон Ома для участка цепи переменного тока

Эта величина учитывает и активное, и реактивное сопротивление нагрузки, которое в свою очередь имеет индуктивную

Индуктивное сопротивление

и емкостную

Емкостное сопротивление

составляющие.

Общее реактивное сопротивление цепи:

Реактивное сопротивление

Знак (-) означает, что индуктивный и емкостной токи находятся в противофазе и друг друга компенсируют.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

четырнадцать − пять =

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: