Закон ома в чем измеряется

1. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи

Для изучения зависимости электрических параметров соберём электрическую цепь, изображённую на схеме (рис.\(1\)).

Состав схемы (по часовой стрелке по ходу электрического тока):

1. источник электрического напряжения (тока);
2. электрический ключ для размыкания;
3. последовательно подключённый амперметр для измерения силы тока в цепи;
4. сопротивление (спираль никелиновой проволоки);
5. вольтметр, подключённый параллельно к сопротивлению.

Рис. \(1\). Первая схема электрической цепи

При замыкании цепи отметим показания приборов. Используя регулятор напряжения на источнике, изменим напряжение в два раза. При этом показания вольтметра и амперметра также изменятся в два раза. Продолжим увеличивать напряжение на источнике. Наблюдения показывают, что при увеличении напряжения в \(3\) раза, вольтметр покажет увеличение напряжения на спирали в три раза. Во столько же раз увеличится и сила тока.
Опыт показывает зависимость изменения силы тока от приложенного напряжения.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника: \(I\backsim U\).
Эту зависимость можно изобразить графически:
Рис. \(2\). График зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника

При включении в электрическую цепь источника тока различных проводников и амперметров увидим, что для разных проводников показания амперметров различны, значит, сила тока для каждого проводника отличается.

Рис. \(3\). Электрическая схема с набором различных сопротивлений \(AB\), \(CD\), \(EF\)
Графики тоже будут отличаться.

Рис. \(4\). Графики зависимости силы тока от напряжения для сопротивлений \(AB\), \(CD\), \(EF\)

Вольтметр подключим поочерёдно к концам этих проводников. Увидим равные значения напряжения. Значение силы тока на участке цепи пропорционально разности потенциалов на его концах и зависит от рода вещества проводника. Отличие электрических параметров \(U\) и \(I\) связано с тем, что проводники имеют разное электрическое сопротивление.

Сопротивление проводника равно \(1\) Ом , если в проводнике при напряжении на концах \(1\) вольт протекает сила тока \(1\) ампер :

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Мы поможем сдать на отлично и без пересдач

• Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа от 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Закон Ома

Физика — наука эмпирическая. Ее основные законы вытекают из практического опыта и частенько много лет не имеют теоретических обоснований. Именно так обстоит дело с главным законом электротехники, который открыл в 1826 году выдающийся немецкий ученый Георг Симон Ом.

Электрические явления люди наблюдали сотни лет. Но никак не связывали между собой заряженность потертого янтаря и молнию. Только на исходе XVIII столетия электричество стали внимательно исследовать. В 1795 году Алессандро Вольта изобрел «вольтов столб», химическую батарею, и обнаружил появление тока в проводнике, соединяющем ее полюса. Сферы применения электричества стремительно множились, и появилась острая необходимость в расчетных формулах для инженеров. Эту задачу решали многие ученые, но первым сформулировал главную формулу электротехники именно Георг Ом. Он ввел в обиход понятие сопротивления и опытным путем установил зависимость между основными характеристиками электрической цепи.

Определение закона Ома простыми словами

Электрическая цепь состоит из двухполюсного источника напряжения, то есть батареи, аккумулятора или генератора. Если полюса источника соединить проводами, то по ним потечет электрический ток. Его величина определяется сопротивлением проводников. Наглядное представление этой зависимости — обыкновенный водопровод. Аналогом источника напряжения является насос или водонапорная башня, создающая давление в магистрали, количество воды, прошедшее по трубе, — подобие силы тока, а кран соответствует сопротивлению. Полностью открытый, он не ограничивает поток, по мере закручивания отверстие для воды уменьшается, пока не закроется совсем.

Закон Ома для участка цепи

Опытным путем исследователь установил взаимосвязь характеристик электрической цепи. Классическая формулировка закона Ома звучит так:

«Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению».

Формула закона Ома для участка цепи

В таком виде закон Ома приведен в школьных учебниках физики. Согласно этой простой формуле, для определения уровня тока в проводнике достаточно величину напряжения на его сторонах разделить на некий условно постоянный коэффициент, то есть на сопротивление. Почему «условно»? Потому что величина сопротивления может меняться в зависимости от температуры. Поэтому, кстати, лампы накаливания чаще всего перегорают при включении. Сопротивление холодной спирали ниже, чем нагретой, скачок тока при подаче напряжения вызывает ее резкое расширение и разрыв. Но если этот момент преодолен и нить накала уцелела, то ее сопротивление растет, и ток ограничивается. А при температуре жидкого гелия, например, сопротивление падает до нуля, наступает сверхпроводимость.

Закон Ома для замкнутой полной цепи

Предыдущая формулировка годится только для участка цепи, где отсутствует сам источник электродвижущей силы. В реальности ток течет по замкнутому контуру, где обязательно есть батарея или генератор, имеющий собственное внутреннее сопротивление. Поэтому формула закона Ома для полной цепи выглядит несколько сложнее

Формула закона Ома для замкнутой полной цепи

Применение закона Ома

Георг Ом дал в руки инженеров средство для решения задач, связанных с электрическими цепями. Тепловые и световые приборы, электродвигатели, генераторы, линии электропередач, кабели связи рассчитываются на основе этой простой формулы. Нет такой области электротехники, где она не находит применения. Даже в радиотехнике используется закон Ома, но в дифференциальной форме. «Все гениальное — просто», как считали Еврипид, Леонардо да Винчи, Наполеон Бонапарт и Альберт Эйнштейн, несомненные гении. Закон Ома целиком и полностью подтверждает эту истину.

Что такое закон Ома?

Закон Ома — это формула, которая используется для расчета соотношения между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Для студентов, которые изучают электронику, закон Ома (E = IR) так же важен, как уравнение относительности Эйнштейна (E = mc²) для физиков.

E = I x R

Иными словами, напряжение равно произведению силы тока и сопротивления ( В = A × Ом).

Закон Ома назван в честь немецкого физика Георга Ома (1789–1854 гг.). Этот закон учитывает ключевые количественные характеристики цепей:

Величина	Обозначение в законе Ома	Единица измерения (сокращение)	Роль в цепях	Если вам интересно:
Напряжение	E	вольт (В)	Давление, которое запускает поток электронов	E = электродвижущая сила (традиционный термин)
Сила тока	I	ампер (A)	Скорость потока электронов	I = интенсивность
Сопротивление	R	Ом (Ω)	Препятствует потоку электронов	Ω = греческая буква омега

Если известны два из этих значений, технические специалисты могут рассчитать третье значение на основе закона Ома. Для этого достаточно изменить пирамиду следующим образом:

Если известно напряжение (E) и сила тока (I) и нужно узнать сопротивление (R), вычеркните R в пирамиде и решите полученное уравнение (см. выше первую — крайнюю левую — пирамиду).

Примечание. Измерение сопротивления в работающей цепи невозможно, поэтому закон Ома особенно полезен при расчете сопротивления. Вместо отключения цепи для измерения сопротивления технический специалист может определить величину R с помощью закона Ома.

Если известны напряжение (E) и сопротивление (R), вы можете рассчитать силу тока (I). Для этого вычеркните символ I в пирамиде и решите полученное уравнение (см. среднюю пирамиду выше).

Если известны сила тока (I) и сопротивления (R), вы можете рассчитать напряжение (E). Для этого перемножьте значения в основании пирамиды (см. выше третью — крайнюю правую — пирамиду).

Попробуйте выполнить несколько расчетов для простой последовательной цепи, в которой есть только один источник напряжения (батарея) и сопротивление (лампочка). В каждом примере известны два значения. Используйте закон Ома для расчета третьей величины.

Пример 1. Известны напряжение (E) и сопротивление (R).

Чему равна сила тока в цепи?

I = E/R = 12 В / 6 Ом = 2 А

Пример 2. Известны напряжение (E) и сила тока (I).

Чему равно сопротивление лампочки?

R = E/I = 24 В / 6 А = 4 Ом

Пример 3. Известны сила тока (I) и сопротивление (R). Чему равно напряжение?

Чему равно напряжение в цепи?

E = I x R = (5 A)(8 Ом) = 40 В

Ом опубликовал полученную формулу в 1827 году. Согласно этой формуле, количество электрического тока, проходящего через проводник, прямо пропорционально воздействующему напряжению. Иными словами, чтобы ток силой один ампер мог преодолеть сопротивление 1 Ом, требуется напряжение в 1 В.

Для чего используется закон Ома?

Закон Ома можно использовать для проверки статических характеристик компонентов в цепи и источников напряжения, а также значений тока и падений напряжения. Например, если измерительный прибор обнаруживает силу тока, превышающую нормальное значение, это может означать, что уменьшилось сопротивление либо повысилось напряжение. Это может указывать на неисправность цепи или источника питания.

В цепях постоянного тока падение силы тока ниже нормального значения может означать, что понизилось напряжение либо повысилось сопротивление цепи. Причинами повышения сопротивления могут быть плохие или ослабленные соединения, коррозия и/или повреждение компонентов.

Нагрузки в цепи потребляют электрический ток. Нагрузкой может быть любой компонент: небольшие электрические устройства, компьютеры, бытовые приборы или большие двигатели. Большинство этих компонентов (нагрузок) оснащены паспортной табличкой или информационной наклейкой. Паспортные таблички содержат информацию о сертификации безопасности и различные идентификационные номера.

По паспортным табличкам на компонентах технические специалисты определяют стандартные значения напряжения и силы тока. Если во время проверки цифровые мультиметры или токоизмерительные клещи не регистрируют стандартные значения, технические специалисты могут использовать закон Ома для выявления элемента цепи, который привел к неисправности.

Основная информация об электрических цепях

Цепи, как и все материальные объекты, состоят из атомов. Атомы состоят из субатомных частиц:

• Протонов (с положительным электрическим зарядом)
• Нейтронов (без заряда)
• Электронов (с отрицательным электрическим зарядом)

Атомы удерживаются силами притяжения между ядром атома и электронами на внешней оболочке. Под воздействием напряжения атомы в цепи начинают перестраиваться, а их частицы создают потенциал притяжения, который называется разницей потенциалов. Взаимно притягиваемые свободные электроны движутся по направлению к протонам, создавая поток электронов (ток). Любой материал в цепи, ограничивающий этот поток, рассматривается как источник сопротивления.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Статьи на связанные темы

• Поиск неисправностей электродвигателей с помощью проверки сопротивления изоляции
• Безопасность электрических измерений — подготовка к проверке отсутствия напряжения