Законът на Ом за участък от верига

Основният закон на електротехниката, с който можете да изучавате и изчислявате електрически вериги, е законът на Ом, който установява връзката между ток, напрежение и съпротивление. Необходимо е ясно да се разбере същността му и да може да се използва правилно при решаване на практически проблеми. Често в електротехниката се допускат грешки поради невъзможността за правилно прилагане на закона на Ом.

Законът на Ом за участък от верига гласи: токът е правопропорционален на напрежението и обратно пропорционален на съпротивлението.

Ако напрежението, действащо в електрическата верига, се увеличи няколко пъти, токът в тази верига ще се увеличи със същото количество. И ако увеличите съпротивлението на веригата няколко пъти, токът ще намалее със същото количество. По същия начин водният поток в тръбата е толкова по -голям, колкото по -силно е налягането и по -малкото съпротивление на тръбата към движението на водата.

В популярна форма този закон може да бъде формулиран по следния начин: колкото по -високо е напрежението при същото съпротивление, толкова по -висок е силата на тока и в същото време, колкото по -голямо е съпротивлението при същото напрежение, толкова по -нисък е амперажът.

За да се изрази математически законът на Ом по възможно най -простия начин, се смята, че съпротивлението на проводник, при който протича ток от 1 А при напрежение 1 V, е 1 Ом.

Токът в ампери винаги може да бъде определен чрез разделяне на напрежението във волта на съпротивлението в ома. Ето защо Законът на Ом за участък от верига се пише по следната формула:

I = U / R.

Вълшебен триъгълник 

Всеки участък или елемент от електрическа верига може да се характеризира с три характеристики: ток, напрежение и съпротивление.

Как да използвате триъгълника на Ом: затваряме необходимата стойност — два други символа ще дадат формулата за нейното изчисление. Между другото, само една формула от триъгълника се нарича закон на Ом — тази, която отразява зависимостта на тока от напрежението и съпротивлението. Другите две формули, макар и да са нейни последици, нямат физически смисъл. 

Изчисленията, извършени с помощта на закона на Ом за участък от верига, ще бъдат правилни, когато напрежението е във волта, съпротивлението в ома и тока в ампера. Ако се използват множество единици от тези количества (например милиампери, миливолти, мегоми и т.н.), те трябва да бъдат преобразувани съответно в ампери, волта и ома. За да се подчертае това, понякога формулата на закона на Ом за секция от верига се записва по следния начин:

ампер = волт / ом

Можете също така да изчислите тока в милиампери и микроампери, докато напрежението трябва да бъде изразено във волта, а съпротивлението съответно в килооми и мегом.

Други статии за електричеството по прост и достъпен начин:

Какво представляват напрежението, тока и съпротивлението: как се използват на практика

Как съпротивлението зависи от температурата

Източници на ЕМП и ток: основни характеристики и разлики

Какво е електрическо захранване

Електрическо и магнитно поле — каква е разликата

Законът на Ом е валиден за всеки участък от веригата. Ако е необходимо да се определи токът в даден участък от веригата, тогава е необходимо напрежението, действащо в този участък (фиг. 1), да се раздели на съпротивлението на този участък.

Фигура 1. Приложение на закона на Ом за участък от верига

Нека дадем пример за изчисляване на тока според закона на Ом… Нека се изисква да се определи токът в лампа с съпротивление 2,5 ома, ако напрежението, приложено към лампата е 5 V. Разделяйки 5 V на 2,5 ома, получаваме стойност на тока, равна на 2 A.Във втория пример определяме тока, който ще тече под въздействието на напрежение от 500 V във верига, чието съпротивление е 0,5 MΩ. За да направим това, изразяваме съпротивлението в ома. Разделяйки 500 V на 500 000 ома, намираме тока във веригата, който е 0,001 A или 1 mA.

Често, познавайки тока и съпротивлението, напрежението се определя с помощта на закона на Ом. Нека напишем формулата за определяне на напрежението

U = IR

Тази формула показва това напрежението в краищата на даден участък от веригата е правопропорционално на тока и съпротивлението… Смисълът на тази зависимост не е труден за разбиране. Ако съпротивлението на секцията на веригата не се промени, токът може да се увеличи само чрез увеличаване на напрежението. Това означава, че при постоянно съпротивление по -голям ток съответства на по -голямо напрежение. Ако е необходимо да се получи един и същ ток при различни съпротивления, тогава с по -високо съпротивление трябва да има съответно по -високо напрежение.

Напрежението на участък от верига често се нарича спад на волтажа… Това често води до недоразумения. Много хора смятат, че спадът на напрежението е някакво пропиляно ненужно напрежение. В действителност понятията за напрежение и спад на напрежението са еквивалентни. Загуби и спадане на напрежението — каква е разликата?

Спадът на напрежението е постепенен спад на потенциала по верига, през която протича ток, поради факта, че веригата има активно съпротивление. Съгласно закона на Ом, спадът на напрежението във всеки участък от веригата U е равен на произведението на съпротивлението на този участък от веригата R от тока в него Аз, т.е. U — RI. По този начин, колкото по -голямо е съпротивлението на участък от веригата, толкова по -голям е спадът на напрежението в този участък от веригата при дадена сила на тока.

Изчисляването на напрежението по закона на Ом може да бъде показано в следния пример. Нека ток от 5 mA преминава през участък от веригата със съпротивление 10 kOhm и е необходимо да се определи напрежението в този участък.

Чрез умножаване Аз= 0,005 А при R — 10000 Ом, получаваме напрежение, равно на 50 V. Същият резултат може да бъде получен чрез умножаване на 5 mA по 10 kΩ: U = 50 инча

В електронните устройства токът обикновено се изразява в милиампери, а съпротивлението в килооми. Следователно е удобно да се използват точно тези мерни единици при изчисления съгласно закона на Ом.

Законът на Ом също изчислява съпротивление, ако напрежението и токът са известни. Формулата за този случай е записана по следния начин: R = U / I.

Съпротивлението винаги е съотношението на напрежение към ток. Ако напрежението се увеличи или намали няколко пъти, токът ще се увеличи или намали със същия брой пъти. Съотношението напрежение-ток, равно на съпротивлението, остава непроменено.

Формулата за определяне на съпротивлението не трябва да се разбира в смисъл, че съпротивлението на даден проводник зависи от тока и напрежението. Известно е, че зависи от дължината, площта на напречното сечение и материала на проводника. На външен вид формулата за определяне на съпротивлението прилича на формулата за изчисляване на тока, но има фундаментална разлика между тях.

Токът в даден участък от веригата наистина зависи от напрежението и съпротивлението и се променя, когато се променят. И съпротивлението на този участък от веригата е постоянна стойност, която не зависи от промените в напрежението и тока, но е равна на съотношението на тези стойности.

Когато един и същ ток протича в две секции на веригата и напреженията, приложени към тях, са различни, е ясно, че участъкът, към който се прилага по -голямо напрежение, има съответно по -голямо съпротивление.

И ако под действието на едно и също напрежение в два различни участъка на веригата преминава различен ток, тогава в този участък винаги ще има по -малък ток, който има по -голямо съпротивление. Всичко това следва от основната формулировка на закона на Ом за участък от верига, тоест от факта, че токът е колкото по -голям, толкова по -голямо е напрежението и по -ниско е съпротивлението.

Изчислението на съпротивлението, използвайки закона на Ом за участък от верига, ще бъде показано в следния пример.Нека се изисква да се намери съпротивлението на секцията, през която преминава ток от 50 mA при напрежение 40 V. Изразявайки тока в ампери, получаваме Аз = 0,05 А. Разделете 40 на 0,05 и открийте, че съпротивлението е 800 ома.

Законът на Ом може да се визуализира под формата на т.нар характеристика ток-напрежение… Както знаете, пряко пропорционалната връзка между две величини е права линия, преминаваща през началото. Тази зависимост обикновено се нарича линейна. 

На фиг. 2 показан като примерна графика на закона на Ом за участък от верига със съпротивление 100 ома. Хоризонталната ос е напрежението във волта, а вертикалната ос е токът в ампери. Скалата на тока и напрежението може да бъде избрана по желание. Начертана е права линия, така че за всяка от нейните точки съотношението напрежение-ток е 100 ома. Например, ако U = 50 V, тогава Аз = 0,5 A и R = 50: 0,5 = 100 ома.

Ориз. 2… Закон на Ом (характеристика на токово напрежение)

Графиката на закона на Ом за отрицателни стойности на тока и напрежението е една и съща. Това предполага, че токът във веригата тече по един и същи начин в двете посоки. Колкото по -голямо е съпротивлението, толкова по -малък ток се получава при дадено напрежение и колкото по -внимателно се движи правата линия.

Устройства, при които характеристиката на токово напрежение е права линия, преминаваща през началната точка, тоест съпротивлението остава постоянно при промяна на напрежението или тока, се наричат линейни устройства… Използват се и термините линейни вериги, линейни съпротивления.

Има и устройства, в които съпротивлението се променя при промяна на напрежението или тока. Тогава връзката между ток и напрежение се изразява не според закона на Ом, а по по -сложен начин. За такива устройства характеристиката токово напрежение няма да бъде права линия, преминаваща през началната точка, а е или крива, или прекъсната линия. Тези устройства се наричат нелинейно.

Вижте също по тази тема: Приложение на закона на Ом в практиката

Мнемонична диаграма на закона на Ом