= Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом <ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-2/voltage-current-resistance-relate/ www.allaboutcircuits.com - Ohm’s Law - How Voltage, Current, and Resistance Relate]</ref>=
= Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом <ref>[https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-2/voltage-current-resistance-relate/ www.allaboutcircuits.com - Ohm’s Law - How Voltage, Current, and Resistance Relate]</ref>=
Первая и, возможно, самая важная связь между силой тока, напряжением и сопротивлением называется ''«законом Ома»'' – он был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в [[1827 год]]у в научном труде «Гальванические цепи, изученные математически».
Первая и, возможно, самая важная связь между силой [[ток]]а, [[напряжение]]м и [[сопротивление]]м называется ''«[[законом Ом]]а»'' – он был открыт [[Георгом Симоном Омом]] и опубликован в [[1827 год]]у в научном труде «[[Гальванические цепи, изученные математически]]».
== Напряжение, сила тока и сопротивление ==
== Напряжение, сила тока и сопротивление ==
Чтобы сформировать электрическую цепь, необходимо создать замкнутую токопроводящую «тропинку», дающую возможность для непрерывного движения электрического заряда. Непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи – это электроток, и его также часто называют «потоком» по аналогии с жидкостью, текущей в трубе.
Чтобы сформировать электрическую цепь, необходимо создать замкнутую токопроводящую «тропинку», дающую возможность для непрерывного движения электрического заряда. Непрерывное движение электрического заряда по [[проводник]]ам цепи – это электроток, и его также часто называют «потоком» по аналогии с жидкостью, текущей в трубе.
Сила, заставляющая носителей зарядов ''«течь»'' по цепи – это напряжение. Это специальная величина потенциальной энергии, всегда определяемая относительно двух точек. Когда мы говорим, что в цепи присутствует некоторое напряжение, мы говорим о том, сколько в ней потенциальной энергии для перемещения носителей зарядов из одной точки цепи в другую. Без этих двух точек термин «напряжение» просто не имеет смысла.
Сила, заставляющая носителей зарядов ''«течь»'' по цепи – это [[напряжение]]. Это специальная величина [[потенциальной энергии]], всегда определяемая относительно двух точек. Когда мы говорим, что в цепи присутствует некоторое [[напряжение]], мы говорим о том, сколько в ней [[потенциальной энергии]] для перемещения носителей зарядов из одной точки цепи в другую. Без этих двух точек термин «[[напряжение]]» просто не имеет смысла.
При перемещении тока по проводнику возникает некоторое трение, которое препятствует его движению. Правильнее называть его «сопротивлением». Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления, препятствующего движению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, рассчитываемая относительно двух точек. По этой причине про напряжение и сопротивление часто говорят, что их величина рассчитывается «относительно» или «между» двумя точками цепи.
При перемещении [[ток]]а по [[проводник]]у возникает некоторое трение, которое препятствует его движению. Правильнее называть его «[[сопротивление]]м». Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления, препятствующего движению тока. Как и [[напряжение]], [[сопротивление]] – это величина, рассчитываемая относительно двух точек. По этой причине про напряжение и сопротивление часто говорят, что их величина рассчитывается «относительно» или «между» двумя точками цепи.
== Единицы измерения: вольты, амперы и омы ==
== Единицы измерения: вольты, амперы и омы ==
Чтобы дальнейшие объяснения об этих величинах были более понятными, давайте опишем их так же, как мы описываем массу, температуру, объем, длину и любые другие физические величины. Для массы мы используем ''«килограммы»'' и ''«граммы»''. Для температуры – градусы Цельсия и Фаренгейта. Ниже – стандартные единицы измерения для силы тока, напряжения и сопротивления:
Чтобы дальнейшие объяснения об этих величинах были более понятными, давайте опишем их так же, как мы описываем массу, температуру, объем, длину и любые другие физические величины. Для массы мы используем ''«килограммы»'' и ''«граммы»''. Для температуры – градусы Цельсия и [[Фаренгейт]]а. Ниже – стандартные единицы измерения для силы тока, напряжения и сопротивления:
{| class="wikitable" style="margin:0 auto"
{| class="wikitable" style="margin:0 auto"
Строка 32:
Строка 30:
|}
|}
''«Символ»'', данный каждой величине – это стандартная буква, используемая для того, чтобы представить эту величину в алгебраическом уравнении. Это стандартизированные буквы, используемые в физике и инженерном деле, приняты во всем мире. Столбец ''«аббревиатура»'' предназначен для букв, используемых в качестве сокращенного обозначения единиц измерения. И да, вот этот странно выглядящий символ «подковы» – это заглавная греческая буква ''«Ω»'' (просто символ иностранного алфавита).
''«Символ»'', данный каждой величине – это стандартная буква, используемая для того, чтобы представить эту величину в алгебраическом уравнении. Это стандартизированные буквы, используемые в физике и инженерном деле, приняты во всем мире. Столбец ''«[[аббревиатура]]»'' предназначен для букв, используемых в качестве сокращенного обозначения единиц измерения. И да, вот этот странно выглядящий символ «подковы» – это заглавная греческая буква ''«Ω»'' (просто символ иностранного алфавита).
Каждая единица измерения названа в честь знаменитого экспериментатора в науке об электричестве. «Ампер» назван в честь француза Андре-Мари Ампера, ''«вольт»'' – в честь итальянца Алессандро Вольта, а «ом» – в честь немца Георга Симона Ома.
Каждая единица измерения названа в честь знаменитого экспериментатора в науке об электричестве. «[[Ампер]]» назван в честь [[француз]]а [[Андре-Мари Ампер]]а, ''«[[вольт]]»'' – в честь итальянца [[Алессандро Вольта]], а «ом» – в честь немца [[Георга Симона Ома]].
Математический символ каждой единицы измерения тоже имеет смысл. Буква ''«R»'' – от слова ''«resistance»'' (с англ. ''«сопротивление»''), а ''«V»'' – от слова ''«voltage»'' (с англ. ''«напряжение»''), но выбор символов ''«E»'' и ''«I»'', на первый взгляд, кажется странным. Считается, что ''«I»'' означает ''«intensity»'' (с англ. ''«интенсивность»''), и здесь имеется в виду поток зарядов, а ''«E»'' означает ''«electromotive force»'' (с англ. ''«электродвижущая сила»''). Насколько я знаю, насчет значения ''«I»'' все еще есть некоторые споры. По большей части символы ''«E»'' и ''«V»'' взаимозаменяемы, но в некоторых работах «E» используется для обозначения напряжения в источнике напряжения (вроде батареи или генератора), а «V» – для обозначения напряжения в любом другом месте.
Математический символ каждой единицы измерения тоже имеет смысл. Буква ''«R»'' – от слова ''«resistance»'' (с англ. ''«сопротивление»''), а ''«V»'' – от слова ''«voltage»'' (с англ. ''«напряжение»''), но выбор символов ''«E»'' и ''«I»'', на первый взгляд, кажется странным. Считается, что ''«I»'' означает ''«intensity»'' (с англ. ''«интенсивность»''), и здесь имеется в виду поток зарядов, а ''«E»'' означает ''«electromotive force»'' (с англ. ''«электродвижущая сила»''). Насколько я знаю, насчет значения ''«I»'' все еще есть некоторые споры. По большей части символы ''«E»'' и ''«V»'' взаимозаменяемы, но в некоторых работах «E» используется для обозначения напряжения в источнике напряжения (вроде батареи или генератора), а «V» – для обозначения напряжения в любом другом месте.
Строка 42:
Строка 40:
== Кулон и электрический заряд ==
== Кулон и электрический заряд ==
Есть одна фундаментальная единица измерения, которую часто изучают на начальных этапах курсов по электронике, но впоследствии используют нечасто – это «кулон». Это единица электрического заряда, пропорциональная количеству электронов, находящихся в состоянии дисбаланса. Один кулон равен заряду 6250 квадрлн электронов. Символ электрического заряда – это заглавная ''«Q»'', а сами кулоны как единица измерения обозначаются заглавной ''«C»''. Так вышло, что один ампер (единица измерения силы тока) равен заряду в один кулон, прошедшему через заданную точку в цепи в течение одной секунды. Следовательно, сила тока – это скорость перемещения электрического заряда по проводнику.
Есть одна фундаментальная единица измерения, которую часто изучают на начальных этапах курсов по электронике, но впоследствии используют нечасто – это «[[кулон]]». Это единица электрического заряда, пропорциональная количеству [[электрон]]ов, находящихся в состоянии дисбаланса. Один [[кулон]] равен заряду 6250 квадрлн [[электрон]]ов. Символ электрического заряда – это заглавная ''«Q»'', а сами [[кулон]]ы как единица измерения обозначаются заглавной ''«C»''. Так вышло, что один [[ампер]] (единица измерения силы тока) равен заряду в один [[кулон]], прошедшему через заданную точку в цепи в течение одной секунды. Следовательно, сила тока – это скорость перемещения электрического заряда по [[проводник]]у.
Как уже говорилось выше, напряжение – это величина потенциальной энергии на единицу заряда, необходимая для перемещения потока электронов из одной точки в другую. До того, как дать точное определение ''«вольта»'', нам нужно понимать, как именно измеряется вот эта ''«потенциальная энергия»''. Стандартная единица измерения любой энергии – это джоуль, который равен количеству работы, выполненной для того, чтобы применить силу в 1 ньютон на расстояние в 1 метр в том же направлении. Если говорить научным языком, 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии, поделенной на 1 кулон заряда. Следовательно, 9-вольтная батарея будет высвобождать 9 джоулей энергии с каждым кулоном заряда, перемещенным по цепи.
Как уже говорилось выше, [[напряжение]] – это величина потенциальной энергии на единицу заряда, необходимая для перемещения потока [[электрон]]ов из одной точки в другую. До того, как дать точное определение ''«[[вольт]]а»'', нам нужно понимать, как именно измеряется вот эта ''«[[потенциальная энергия]]»''. Стандартная единица измерения любой энергии – это [[джоуль]], который равен количеству работы, выполненной для того, чтобы применить силу в 1 [[ньютон]] на расстояние в 1 [[метр]] в том же направлении. Если говорить научным языком, 1 [[вольт]] равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии, поделенной на 1 [[кулон]] заряда. Следовательно, 9-вольтная батарея будет высвобождать 9 джоулей энергии с каждым [[кулон]]ом заряда, перемещенным по цепи.
Все эти единицы измерения и символы электрических величин скоро станут очень важны, т.к. мы начнём изучать взаимоотношения между ними в электрических цепях.
Все эти единицы измерения и символы электрических величин скоро станут очень важны, т.к. мы начнём изучать взаимоотношения между ними в электрических цепях.
Строка 50:
Строка 48:
== Формула закона Ома ==
== Формула закона Ома ==
Главным открытием Ома было то, что сила тока, прошедшего через металлический проводник в цепи, прямо пропорциональна напряжению в цепи при любой температуре. Ом выразил свое открытие в виде простой формулы, описав в нем, как напряжение, сила тока и сопротивление соотносятся друг с другом:
Главным открытием Ома было то, что сила тока, прошедшего через металлический [[проводник]] в цепи, прямо пропорциональна напряжению в цепи при любой температуре. Ом выразил свое открытие в виде простой формулы, описав в нем, как напряжение, сила тока и сопротивление соотносятся друг с другом:
[[File:ohms-law-equation.png|center]]
[[File:ohms-law-equation.png|center]]
Строка 64:
Строка 62:
[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_1.jpg|center]]
[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_1.jpg|center]]
На схеме выше есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления (лампа справа). Это сильно упрощает применение закона Ома. Если нам известны любые две из трёх величин (напряжения, силы тока и сопротивления) в этой цепи, то мы при помощи закона Ома можем определить и третью.
На схеме выше есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления (лампа справа). Это сильно упрощает применение [[закона Ома]]. Если нам известны любые две из трёх величин (напряжения, силы тока и сопротивления) в этой цепи, то мы при помощи [[закона Ома]] можем определить и третью.
Ниже – первый пример, в котором мы рассчитаем силу тока (I) цепи при помощи напряжения (E) и сопротивления (R):
Ниже – первый пример, в котором мы рассчитаем силу тока (I) цепи при помощи напряжения (E) и сопротивления (R):
Строка 74:
Строка 72:
[[File:current-flow-equation-circuit.png|center]]
[[File:current-flow-equation-circuit.png|center]]
Во втором примере мы рассчитаем сопротивление (R) цепи при помощи значений напряжения (E) и силы тока (I):
Во втором примере мы рассчитаем [[сопротивление]] (R) цепи при помощи значений напряжения (E) и силы тока (I):
[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_3.jpg|center]]
[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_3.jpg|center]]
И каково же сопротивление (R), производимое лампой?
И каково же [[сопротивление]] (R), производимое лампой?
Закон Ома – это очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется для изучения электричества и электроники, что любой уважающий себя студент должен знать его назубок. Но если вы из тех, кто не очень дружит с алгеброй, то можете воспользоваться мнемоническим трюком, позволяющим быстро узнать напряжение, силу тока или сопротивление, зная лишь две из этих величин. Сначала давайте поместим буквы ''«E»'', ''«I»'' и ''«R»'' в треугольник – вот так:
[[Закон Ома]] – это очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется для изучения электричества и электроники, что любой уважающий себя студент должен знать его назубок. Но если вы из тех, кто не очень дружит с алгеброй, то можете воспользоваться мнемоническим трюком, позволяющим быстро узнать [[напряжение]], силу тока или [[сопротивление]], зная лишь две из этих величин. Сначала давайте поместим буквы ''«E»'', ''«I»'' и ''«R»'' в треугольник – вот так:
[[File:ohms-law-triangle.jpg|center]]
[[File:ohms-law-triangle.jpg|center]]
Строка 112:
Строка 110:
== ИТОГО: ==
== ИТОГО: ==
* Напряжение измеряется в вольтах и обозначается буквами ''«E»'' и ''«V»''
* [[Напряжение]] измеряется в [[вольт]]ах и обозначается буквами ''«E»'' и ''«V»''
* Сила тока измеряется в амперах и обозначается буквой ''«I»''
* [[Сила тока]] измеряется в [[ампер]]ах и обозначается буквой ''«I»''
* Сопротивление измеряется в омах и обозначается символом ''«R»''
* [[Сопротивление]] измеряется в омах и обозначается символом ''«R»''
Чтобы сформировать электрическую цепь, необходимо создать замкнутую токопроводящую «тропинку», дающую возможность для непрерывного движения электрического заряда. Непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи – это электроток, и его также часто называют «потоком» по аналогии с жидкостью, текущей в трубе.
Сила, заставляющая носителей зарядов «течь» по цепи – это напряжение. Это специальная величина потенциальной энергии, всегда определяемая относительно двух точек. Когда мы говорим, что в цепи присутствует некоторое напряжение, мы говорим о том, сколько в ней потенциальной энергии для перемещения носителей зарядов из одной точки цепи в другую. Без этих двух точек термин «напряжение» просто не имеет смысла.
При перемещении тока по проводнику возникает некоторое трение, которое препятствует его движению. Правильнее называть его «сопротивлением». Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления, препятствующего движению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, рассчитываемая относительно двух точек. По этой причине про напряжение и сопротивление часто говорят, что их величина рассчитывается «относительно» или «между» двумя точками цепи.
Единицы измерения: вольты, амперы и омы
Чтобы дальнейшие объяснения об этих величинах были более понятными, давайте опишем их так же, как мы описываем массу, температуру, объем, длину и любые другие физические величины. Для массы мы используем «килограммы» и «граммы». Для температуры – градусы Цельсия и Фаренгейта. Ниже – стандартные единицы измерения для силы тока, напряжения и сопротивления:
Величина
Символ
Единица измерения
Аббревиатура единицы измерения
Сила тока
I
Амперы
А (A)
Напряжение
E или V
Вольты
В (V)
Сопротивление
R
Омы
Ω
«Символ», данный каждой величине – это стандартная буква, используемая для того, чтобы представить эту величину в алгебраическом уравнении. Это стандартизированные буквы, используемые в физике и инженерном деле, приняты во всем мире. Столбец «аббревиатура» предназначен для букв, используемых в качестве сокращенного обозначения единиц измерения. И да, вот этот странно выглядящий символ «подковы» – это заглавная греческая буква «Ω» (просто символ иностранного алфавита).
Математический символ каждой единицы измерения тоже имеет смысл. Буква «R» – от слова «resistance» (с англ. «сопротивление»), а «V» – от слова «voltage» (с англ. «напряжение»), но выбор символов «E» и «I», на первый взгляд, кажется странным. Считается, что «I» означает «intensity» (с англ. «интенсивность»), и здесь имеется в виду поток зарядов, а «E» означает «electromotive force» (с англ. «электродвижущая сила»). Насколько я знаю, насчет значения «I» все еще есть некоторые споры. По большей части символы «E» и «V» взаимозаменяемы, но в некоторых работах «E» используется для обозначения напряжения в источнике напряжения (вроде батареи или генератора), а «V» – для обозначения напряжения в любом другом месте.
Все эти символы пишутся заглавными буквами, кроме случаев, когда речь о величине (особенно напряжении или силе тока) в короткий момент времени (ее называют «текущей» величиной). Например, напряжение батареи, которое стабильно на протяжении долгого промежутка времени, обозначается заглавной буквой «E», а пик напряжения молнии в момент удара по линии электросети, скорее всего, будет обозначен строчной буквой «e» (или «v»), чтобы показать, что это значение в конкретный момент времени. Аналогичное соглашение используется и для силы тока – строчная «i» означает силу тока в конкретный момент времени. Но при использовании постоянного тока значения этих величин, как правило, стабильны во времени и обозначаются заглавными буквами.
Кулон и электрический заряд
Есть одна фундаментальная единица измерения, которую часто изучают на начальных этапах курсов по электронике, но впоследствии используют нечасто – это «кулон». Это единица электрического заряда, пропорциональная количеству электронов, находящихся в состоянии дисбаланса. Один кулон равен заряду 6250 квадрлн электронов. Символ электрического заряда – это заглавная «Q», а сами кулоны как единица измерения обозначаются заглавной «C». Так вышло, что один ампер (единица измерения силы тока) равен заряду в один кулон, прошедшему через заданную точку в цепи в течение одной секунды. Следовательно, сила тока – это скорость перемещения электрического заряда по проводнику.
Как уже говорилось выше, напряжение – это величина потенциальной энергии на единицу заряда, необходимая для перемещения потока электронов из одной точки в другую. До того, как дать точное определение «вольта», нам нужно понимать, как именно измеряется вот эта «потенциальная энергия». Стандартная единица измерения любой энергии – это джоуль, который равен количеству работы, выполненной для того, чтобы применить силу в 1 ньютон на расстояние в 1 метр в том же направлении. Если говорить научным языком, 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии, поделенной на 1 кулон заряда. Следовательно, 9-вольтная батарея будет высвобождать 9 джоулей энергии с каждым кулоном заряда, перемещенным по цепи.
Все эти единицы измерения и символы электрических величин скоро станут очень важны, т.к. мы начнём изучать взаимоотношения между ними в электрических цепях.
Формула закона Ома
Главным открытием Ома было то, что сила тока, прошедшего через металлический проводник в цепи, прямо пропорциональна напряжению в цепи при любой температуре. Ом выразил свое открытие в виде простой формулы, описав в нем, как напряжение, сила тока и сопротивление соотносятся друг с другом:
В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно силе тока (I), умноженной на сопротивление (R). Используя алгебраические методы, мы можем преобразовать эту формулу в два других ее варианта – чтобы рассчитать I и R.
Анализ простых цепей с помощью закона Ома
Давайте разберемся, как эти формулы могут помочь нам в анализе простых цепей:
На схеме выше есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления (лампа справа). Это сильно упрощает применение закона Ома. Если нам известны любые две из трёх величин (напряжения, силы тока и сопротивления) в этой цепи, то мы при помощи закона Ома можем определить и третью.
Ниже – первый пример, в котором мы рассчитаем силу тока (I) цепи при помощи напряжения (E) и сопротивления (R):
Так какова сила тока (I) в этой цепи?
Во втором примере мы рассчитаем сопротивление (R) цепи при помощи значений напряжения (E) и силы тока (I):
Закон Ома – это очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется для изучения электричества и электроники, что любой уважающий себя студент должен знать его назубок. Но если вы из тех, кто не очень дружит с алгеброй, то можете воспользоваться мнемоническим трюком, позволяющим быстро узнать напряжение, силу тока или сопротивление, зная лишь две из этих величин. Сначала давайте поместим буквы «E», «I» и «R» в треугольник – вот так:
Если вы знаете E и I, но хотите рассчитать R, просто уберите R из треугольника и посмотрите, что осталось:
Если вы знаете E и R, но хотите определить I, уберите I и посмотрите, что осталось:
И, наконец, если вы знаете I и R, но хотите определить E, уберите E и посмотрите, что осталось:
В конечном счете вам всё же нужно будет подружиться с алгеброй, т.к. в серьезном изучении электричества и электроники без нее никуда, но этот прием позволит чуть упростить ваши первые расчёты. А если вы уже дружите с алгеброй, просто заучите формулу «E = IR» и, когда необходимо, убирайте нужный элемент.