закон Ома

Закон Ома для участка цепи

Подключение элементов может быть последовательным, параллельным и смешанным. Сделаем расчет величин для всех трех вариантов. Чтобы рассчитать значения этих величин, применим закон Ома для участка цепи, всем известный закон со школьной скамьи: I=U/R; U=I*R; R=U/I.

Простая цепь

Здесь закон Ома для участка цепи рассматривает параметры одного потребителя (будь то двигатель или лампочка), который имеет сопротивление R. Встречаясь с ним, электричество совершает работу. На этой преграде и создается разность потенциалов. В качестве потребителя возьмем R=10 Ом. рис.1
Подключив батарейку 9 В к R, определяем силу тока: I=U/R=9/10=0,9 А.
Если известно R, замерив I, можно узнать, сколько падает на резисторе: I*R=0,9*10=9 BI*R называется падением напряжения.
R можно вычислить, замерив вольты на нем и амперы, проходящие через него. R=U/I=9B/0,9A=10.
Часто появляется необходимость определить потребляемую мощность R, чтобы быть уверенным в способности рассеивать выделяемое им тепло, образующееся в результате работы электричества. Потребляемая мощность  Р=I2*R=0,92A*10=8,1Bт. Надо выбрать мощность рассеивания не меньше расчетной, иначе дым пойдет. В нашем случае выбираем стандартные 10 Вт, меньший бывает только 7,5 Вт.

Параллельное подключение

Теперь повысим сложность участка. Потребителей представим как R1 (10 Oм) и R2 (5 Oм). Изменилось значение R, и появилось два пути. Остались неизменными только 9 В.рис.2
Чтобы вычислить амперы, приходящие к ветвям, надо знать суммарное R. При параллельном соединении R вычисляется по формуле 1/R=1/R1+1/R2+1/Rn… Для двух элементов она выглядит так: R=R1*R2/(R1+R2); R=10*5/(10+5)=3,3. Обращаю внимание: в такой схеме полученное R всегда меньше наименьшего.
Находим I=9/3,3=2,7 А. Суммарное R определяется и с помощью замера общего тока (замер показал 2,7 А). Тогда R=9/2,7=3,3.
Рассчитаем каждую ветвь в отдельности. На всех резисторах 9 В. Зная Rn, можем вычислить амперы ветки. Для первой ветки — I1=9В/R1=9/10=0,9 А. Для второй — I2=9В/R2=9В/5=1,8. Важная деталь: сумма токов всех ветвей равна общему току. Отсюда, I1=I-I2. Значения R1 и R2 определяются исходя из амперов, протекающих в них, и подключенных  вольт: R1=9В/I1 и т.д.
Теперь посмотрим, как отвечает закон  на

Последовательное подключение нагрузки.

Чтобы найти ток в последовательной цепочке, надо знать, сколько в ней Ом? Для данного участка R находим так: R=R1+R2; R=10+5=15. Определяем I=U/R; I=9/15=0,6 А. Теперь поинтересуемся падением напряжения на резисторах. На R1 — U1=I*R1=0,6*10=6 В.рис.3
Смотрите: на R1 упало 6 В, а общее — 9 В. Значит, на R2 должно остаться 3 В (U2=9B-6B=3B). Проверим законом: U2=I*R2=0,6A*5=3 В. Все верно.
Попутно узнали значение потенциала в точке А относительно минуса питания — 3 В. Такая схема называется делителем напряжения: из одного получаем два, и оба можно использовать для питания других схем. Конечно, надо учесть их входные данные, но это уже из другой песни, хотя тоже без закона Ома для участка цепи не обойтись.

Смешанное подключение нагрузки

рис.5Смешанное соединение — это совокупность параллельного и последовательного. Для расчетов применяется тот же алгоритм, который рассмотрели в предыдущих вариантах. Просто надо разделить ветви по соответствующим вариантам.
Закону Ома для участка цепи вторит

Закон Ома для полной цепи.

Он требует включения в расчеты параметров источника питания. Сначала разберемся с особенностями устройства. Выпрямитель, аккумулятор, гальванический элемент (обычная батарейка), фотоэлемент (основа солнечной батареи) — во всех источниках присутствует внутреннее сопротивление. В выпрямителе — обмотки трансформатора и сопутствующие элементы выпрямления, в аккумуляторе — электролит и степень эмиссии электродов.рис.4
Когда-нибудь замечали, как зарядку аккумулятора контролирует не обычный вольтметр, а нагрузочная вилка? Для чего эта вилка? Аккумулятор вырабатывает вольты, но они выдаются не полностью: часть (Ir — читай ниже) падает на его внутреннем барьере. Нагрузочная вилка — это что-то вроде нашей исследованной схемы, которая состоит из резистора и вольтметра, соединенных параллельно. Вольтметр сам не способен создать падение на внутреннем сопротивлении аккумуляторной батареи. Поэтому параллельно ему подключается низкоомный шунт, создающий Ir. Именно таким образом можем судить о полноте зарядки. Замеряя зарядку аккумуляторной батареи только вольтметром, мы не получим требуемого результата, так как не учтется потеря в батарее.
То, что способен вырабатывать любой генератор, называется электродвижущей силой (ЭДС), а что поступило в электрическую сеть — напряжением. Связаны величины таким образом: ЭДС=Ir+IR. r — внутреннее сопротивление источника, остальные величины нам уже известны. U получили отсюда: U=ЭДС-Ir. Эти две формулы определяют закон Ома для полной цепи.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Spam protection by WP Captcha-Free