Просмотр кода страницы Электроника:Постоянный ток/Закон Ома/Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом

{{Панель управления/Электроника}}
{{Перевод от Сubewriter}}
{{Myagkij-редактор}}

= 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 [[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 ==

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.

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 ==

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"
|-
! 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).

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 [[генератор]]а), 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.

{{ads2}}

== 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 [[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 [[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.

== 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:

[[File:ohms-law-equation.png|center]]

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.

[[File:ohms-equation-current-resistance.png|center]]

== Анализ простых цепей с помощью закона Ома ==

Давайте разберемся, как эти формулы могут помочь нам в анализе простых цепей:

[[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.

Ниже – первый пример, в котором мы рассчитаем силу тока (I) цепи при помощи напряжения (E) и сопротивления (R):

[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_2.jpg|center]]

Так какова сила тока (I) в этой цепи?

[[File:current-flow-equation-circuit.png|center]]

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]]

И каково же [[сопротивление]] (R), производимое лампой?

[[File:current-flow-resistance-equation.png|center]]

В последнем примере мы рассчитаем [[напряжение]], генерируемое батареей, используя значения силы тока (I) и [[сопротивления]] (R).

[[File:Analyzing Simple Circuits with Ohm’s Law_4.jpg|center]]

И каково же [[напряжение]], генерируемое батареей?

[[File:current-flow-voltage-batter-equation.png|center]]

== Треугольник Ома ==

[[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]]

Если вы знаете E и I, но хотите рассчитать R, просто уберите R из треугольника и посмотрите, что осталось:

[[File:ohms-law-r.png|center]]

Если вы знаете E и R, но хотите определить I, уберите I и посмотрите, что осталось:

[[File:ohms-law-i.png|center]]

И, наконец, если вы знаете I и R, но хотите определить E, уберите E и посмотрите, что осталось:

[[File:ohms-law-e.png|center]]

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.

== Итого ==

* [[Напряжение]] измеряется в [[вольт]]ах и обозначается буквами ''«E»'' и ''«V»''
* [[Сила тока]] измеряется в [[ампер]]ах и обозначается буквой ''«I»''
* [[Сопротивление]] измеряется в омах и обозначается символом ''«R»''
* [[Закон Ома]]: E = IR, I = E/R, R = E/I

=См.также=

=Внешние ссылки=

<references />

{{Навигационная таблица/Портал/Электроника}}

[[Категория:Теория]]
[[Категория:Теория по электронике]]
[[Категория:Постоянный ток]]
[[Категория:Закон Ома]]
[[Категория:Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом]]
[[Категория:Напряжение, сила тока и сопротивление]]
[[Категория:Единицы измерения: вольты, амперы и омы]]
[[Категория:Кулон и электрический заряд]]
[[Категория:Формула закона Ома]]
[[Категория:Анализ простых цепей с помощью закона Ома]]
[[Категория:Треугольник Ома]]