Здесь sinφ обозначает вклад индуктивных и емкостных элементов в общую мощность. Реактивная мощность измеряется в таких единицах, как var (вольт-ампер-реактивная мощность).
Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение
Говорят: «Если вы не знаете закон Ома, оставайтесь дома». Поэтому давайте выучим (запомним) этот закон и прогуляемся.
Как вы понимаете закон Ома? Вы просто должны понимать, что есть что в определении. И начать следует с определения тока, напряжения и сопротивления.
Сила тока I
Допустим, в проводнике течет ток. То есть происходит направленное движение заряженных частиц — допустим, электронов. Каждый электрон имеет элементарный электрический заряд (e= -1,60217662 × 1 0-19 Кулонов). В этом случае данный электрический заряд, который является суммой всех зарядов пролетающих электронов, пройдет через данную область за данное время.
Отношение заряда ко времени называется силой тока. Чем больше заряда проходит через проводник за определенный промежуток времени, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в амперах.
Напряжение U, или разность потенциалов
Именно это заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал описывает способность поля переносить заряд из одной точки в другую. Таким образом, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, а электрическое поле обеспечивает перенос заряда.
Физическая величина, которая соответствует работе эффективного электрического поля по переносу электрического заряда, называется напряжением. Он измеряется в вольтах. Один вольт — это напряжение, которое совершает работу в 1 джоуль при перемещении заряда в 1 Кл.
Сопротивление R
Известно, что в проводнике течет ток. Это должен быть какой-то провод. Когда электроны движутся по проволоке под действием поля, они сталкиваются с атомами проволоки, проволока нагревается, атомы кристаллической решетки начинают вибрировать, что еще больше затрудняет движение электронов. Это явление называется сопротивлением. Он зависит от температуры, материала и сечения проводника и измеряется в омах.
Памятник Георгу Симону Ому
Формулировка и объяснение закона Ома
Закон немецкого мастера Георга Ома очень прост. В нем говорится:
Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.
Георг Ом открыл этот закон экспериментально в 1826 году. Чем больше сопротивление участка цепи, тем, естественно, меньше ток. Чем выше напряжение, тем больше сила тока.
Кстати, для наших читателей действует скидка 10% на любой вид работ.
Эта формулировка закона Ома является самой простой и наиболее подходящей для участка цепи. Когда мы говорим об «участке цепи», мы подразумеваем однородный участок, в котором нет источников тока с ЭЭД. Проще говоря, этот участок содержит некоторое сопротивление, но не имеет батареи для подачи тока.
Если мы рассмотрим закон Ома для полной цепи, формулировка будет несколько иной.
Предположим, у нас есть цепь, источник тока, который создает напряжение и сопротивление.
Закон будет иметь следующую форму:
Объяснение закона Ома для полого круга мало чем отличается от объяснения для сегмента круга. Как видим, сопротивление представляет собой сумму самого сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.
Кстати, о том, что такое ЭМП, вы можете прочитать в отдельной статье.
Как понять закон Ома?
Для интуитивного понимания закона Ома можно обратиться к аналогии с представлением электричества в виде жидкости. Именно об этом думал Георг Ом, когда проводил эксперименты, которые привели к открытию закона, носящего его имя.
Представим, что ток — это не движение заряженных частиц в проводнике, а движение струи воды в трубе. Вода сначала подается в водяной насос, а оттуда под действием динамической энергии течет вниз и по трубе. Чем выше вода нагнетается насосом, тем быстрее она поступает в трубу.
Из этого следует, что чем выше потенциальная энергия воды (разность потенциалов), тем выше скорость потока (потока в трубе).
Сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Теперь перейдем к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление — это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью ее стенок. Можно предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы и тем большее количество воды (больше ток) протекает через ее сечение.
Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
Такая аналогия может быть использована только для базового понимания закона Ома, поскольку его первоначальная форма на самом деле является довольно грубым приближением, но имеющим отличное применение на практике.
В действительности сопротивление вещества обусловлено колебаниями атомов в кристаллической решетке, а ток — движением свободных носителей заряда. В металлах носителями свободного заряда являются электроны, сошедшие со своих атомных орбит.
Ток в проводнике
В этой статье мы попытались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих, казалось бы, простых вещей может сослужить вам хорошую службу на экзамене. Мы, конечно, привели простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас углубляться в дебри высшей физики для обсуждения активных и реактивных сопротивлений и других тонкостей.
Если вам понадобится помощь, наша студенческая служба будет рада ее оказать. И, наконец, мы рекомендуем вам посмотреть видео о законе Ома. Это очень познавательно!
Иван Колобков, также известный как Джони. Он является трейдером, аналитиком и копирайтером в компании Zaochnik. Многообещающий молодой писатель. Имеет склонность к физике, редким вещам и произведениям К. Буковски.
В действительности сопротивление вещества обусловлено колебаниями атомов в кристаллической решетке, а ток — движением свободных носителей заряда. В металлах носителями свободного заряда являются электроны, сошедшие со своих атомных орбит.
Модель электрической цепи
Физический смысл этой величины можно лучше понять, используя механическую модель электрической цепи. В качестве примера возьмем водопроводную сеть частного дома.
Насос необходим для подачи воды из колодца или скважины в водопроводную сеть. Поэтому его можно рассматривать как аналог аккумулятора или другого источника энергии. Это создает давление в системе, которое приводит воду в движение. Таким образом, трубы выступают в роли проводников, молекулы воды — в роли электронов, а фитинги — в роли электрических выключателей.
Чем выше давление в системе водоснабжения, тем больше воды или ее молекул проходит через поперечное сечение трубы в секунду. Из этого можно сделать вывод, что чем больше сила тока, тем сильнее эффект.
Ток до 0,5 мА (частота 50 Гц) не влияет на человека. Ток в диапазоне 2-10 мА вызывает болезненные сокращения мышц. Ток силой более 100 мА может вызвать фибрилляцию желудочков и остановку сердца.
Единица измерения
Поскольку ток является количественной величиной, в физике также существует единица измерения. Это позволяет провести сравнительный анализ различных течений и их влияния.
В чем измеряется
Формула для силы тока выглядит следующим образом:
Где \(\(t\triangle) — единица времени, а \(\(q\triangle) — количество электрического заряда, протекающего через поперечное сечение проводника за определенный промежуток времени.
В Международной системе (СИ) заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах. Поэтому единицей измерения тока является кулон/секунда.
В 1948 году было предложено определять силу тока по взаимодействию двух проводников на расстоянии одного метра друг от друга и длиной один метр в вакууме.
Ток 1 A — это ток, при котором два проводника притягиваются (ток течет в одном направлении) или отталкиваются (ток течет в противоположных направлениях) друг к другу под действием силы 0,0000002 H.
На практике очень часто используется кратное значение тока:
1 кА = 103 A, 1 мкА = 10-6 A, 1 мА = 10-3 A.
В честь кого названа единица измерения
Единица тока названа в честь французского ученого Андре-Мари Ампера. Он известен как «отец» учения об электромагнетизме. Именно он ввел такие термины, как электрический ток, электростатика и электродинамика, гальванометр, напряжение, электродвижущая сила и соленоид. Амберу удалось найти доказательство теоремы «о циркуляции магнитного поля» и математически описать силу взаимодействия между токами.
Как найти силу тока
Проблема определения силы тока возникает как при решении задач, так и в повседневной жизни. Рассчитать этот параметр для проводника или электрической цепи можно не только путем измерений, но и с помощью формул.
В проводнике
Наиболее важными величинами для описания электрического тока являются сила, напряжение и сопротивление. Связь между ними была экспериментально доказана Георгом Омом в 1826 году. Соответственно, это было сформулировано в виде закона, названного в его честь.
Закон Ома: сила тока в цепи или проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению.
Вы также можете рассчитать силу тока в проводнике, разделив силу тока на напряжение.
При протекании тока проводник нагревается. На основании количества выделяемого тепла можно рассчитать силу тока, используя закон Джоуля-Ленца.
В цепи
Реальный источник тока всегда имеет собственное внутреннее сопротивление.
Закон Ома для полной цепи формулируется следующим образом: Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.
Формулы
Закон Ома для части цепи:
Где R — сопротивление проводника, а U — напряжение.
Закон Ома для полной цепи:
Где ε — электродвижущая сила источника тока, R + r — сумма сопротивлений источника и внешней нагрузки.
Формула для определения силы тока из мощности и напряжения:
Где P — мощность, а U — напряжение.
Закон Джоуля-Ленца: При протекании тока через проводник выделяется тепло (Q), которое равно произведению квадрата силы тока (I) на время (t) его протекания и на сопротивление проводника (R).
Математически формула выглядит следующим образом:
Отсюда можно вывести еще одну формулу для расчета силы тока:
