Формула закона Ома для участка цепи: теория и практика

Закон Ома – фундаментальный закон электротехники, позволяющий рассчитывать параметры любой электрической цепи. Давайте разберемся в его физическом смысле и научимся применять на практике.

История открытия закона Ома

Немецкий физик Георг Симон Ом жил в 1789-1854 годах. Изучая электрические цепи, он провел множество опытов и в 1826 году сформулировал эмпирический закон, устанавливающий связь между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Это открытие не сразу приняли коллеги Ома. Лишь в 1841 году он получил признание от Королевского общества в Лондоне. Сегодня закон Ома лежит в основе всей современной электротехники.

Физический смысл закона Ома

Сопротивление проводника зависит от его параметров – материала, длины и площади поперечного сечения. Увеличивая напряжение при постоянном сопротивлении, мы увеличиваем силу тока. И наоборот, увеличивая сопротивление при постоянном напряжении, мы уменьшаем силу тока.

Графически закон Ома изображают в виде прямой линии, проходящей через начало координат. На горизонтальной оси откладывают напряжение U, на вертикальной – силу тока I. Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс численно равен сопротивлению R.

Закон Ома справедлив для металлов при комнатной температуре. При слишком высоких или низких температурах, больших напряжениях и токах он может нарушаться.

Математическая формулировка закона Ома

Для участка электрической цепи закон Ома выражается формулой:

I = U / R

где:

• I – сила тока, А
• U – напряжение, В
• R – сопротивление, Ом

Это соотношение называют также треугольником Ома. Зная любые две величины, по формуле можно найти третью:

Такая универсальность делает закон Ома незаменимым инструментом в инженерных расчетах электрических цепей.

Универсальность формулы закона Ома позволяет использовать ее для расчета различных электрических цепей и устройств.

Расчет простых цепей

Для простой цепи, состоящей из источника напряжения и резистора, по формуле закона Ома участка цепи можно легко посчитать силу тока или мощность.

Выбор сечения проводов

Исходя из допустимой плотности тока, с помощью закона Ома участка цепи определение формула можно подобрать нужное сечение проводов.

Расчет сложных цепей

Для анализа сложных цепей с несколькими приемниками используют различные методы, основанные на законе Ома неоднородного участка цепи формула.

Закон Ома в измерительных приборах

В основе работы различных электроизмерительных приборов лежит формула закона Ома.

Показания амперметров и вольтметров рассчитывают по формуле, где известно напряжение или ток, а также определение сопротивления самого прибора.

Мосты и делители напряжения

Мостовые измерительные схемы и делители напряжения основаны на распределении напряжения на участках цепи пропорционально их сопротивлениям согласно закону Ома участка цепи определение формула.

Применение закона Ома в электронике

Многие электронные устройства и схемы работают, используя формулу закона Ома.

Характеристики транзисторов, диодов, тиристоров описываются с помощью закона Ома неоднородного участка цепи формула.

Транзисторы

Транзисторы являются основными элементами современной электроники. Их работа основана на использовании p-n переходов, через которые протекает ток в соответствии с формулой закона Ома участка цепи. Управляя током базы транзистора, можно регулировать ток коллектора, что лежит в основе усилительных и коммутационных свойств этих приборов.

Операционные усилители

Операционные усилители широко используются для усиления и преобразования электрических сигналов. Их коэффициент усиления и полоса пропускания зависят от параметров схемы обратной связи, которые рассчитываются на основе закона Ома участка цепи.

Цифровые микросхемы

Логические элементы цифровой электроники, такие как триггеры, сумматоры, дешифраторы и т.д. работают в дискретном режиме. При этом их пороговые значения напряжений определяются с использованием формулы закона Ома для участка цепи.

Источники питания

В блоках питания электронной аппаратуры для стабилизации напряжения и тока используются различные схемы, работа которых основана на обратной связи и законе Ома. Например, схемы с использованием стабилитронов, интегральных стабилизаторов напряжения и тока.

Датчики и измерительные устройства

Многие электронные датчики температуры, давления, влажности, освещенности используют закон Ома для преобразования физической величины в электрический сигнал. Также на основе закона Ома работают различные измерительные мосты и преобразователи.

Применение закона Ома в бытовой технике

Закон Ома широко используется при проектировании и эксплуатации бытовых электроприборов.

В электрочайниках и обогревателях используется нагревательный элемент, электрическое сопротивление которого рассчитывается по формуле закона Ома. Зная мощность и рабочее напряжение, можно подобрать нужное сопротивление спирали.

Лампы освещения

Для ламп накаливания также применим закон Ома. Исходя из параметров сети и цоколя лампы, рассчитывается необходимое сопротивление нити накала. При этом учитывается зависимость сопротивления от температуры.

Бытовая техника

Вентиляторы, дрели, пылесосы и другая бытовая техника включает в себя электродвигатели. Их мощность и рабочие токи также рассчитываются на основании закона Ома и параметров питающей сети.

Предохранители и автоматы

Для защиты от перегрузок и коротких замыканий в бытовой технике используются плавкие предохранители и автоматические выключатели. Их номинальные токи выбираются исходя из допустимых нагрузок согласно закону Ома.

Передатчики и приемники

В передающих и приемных трактах радиоаппаратуры используются усилители и генераторы электрических колебаний, рабочие параметры которых рассчитываются на основе закона Ома.

Антенны

Конструкция и расчет антенн базируется на законе Ома, который позволяет определить ток в элементах антенны при заданной подводимой мощности.

Фидерные линии

Для соединения передатчика с антенной используются фидеры – коаксиальные или двухпроводные линии. Их волновое сопротивление также определяется на основе закона Ома.

Согласующие цепи

Для эффективной передачи энергии от источника к нагрузке используются согласующие цепи. Их параметры рассчитываются из условия равенства входного и выходного сопротивлений с помощью закона Ома.

Измерительная аппаратура

Радиоизмерительные приборы – вольтметры, амперметры, частотомеры, анализаторы спектра используют в своей работе закон Ома для определения значений измеряемых величин.