Legea lui Ohm- o lege fizică care determină relația dintre mărimile electrice - tensiune, rezistență și curent pentru conductori.
A fost descoperit și descris pentru prima dată în 1826 de către fizicianul german Georg Ohm, care a arătat (folosind un galvanometru) relație cantitativăîntre forta electromotoare, curentul electric și proprietățile conductorului, ca relație proporțională.
Ulterior, proprietățile conductorului, capabil să reziste la curent electric pe baza acestei dependențe, au început să fie numite rezistență electrică (Rezistență), notate în calcule și pe diagrame cu litera Rși măsurată în ohmi în onoarea descoperitorului.
Sursa de energie electrică în sine are și rezistență internă, care este de obicei indicată cu literă r.

Fratele lui Ohm, Martin Ohm, a luptat împotriva sistemului de învățământ german. Toți acești factori au făcut dificilă acceptarea lucrării lui Ohm, care nu a fost acceptată pe deplin până în deceniul anului. Din fericire, Omu a fost recunoscut pentru contribuțiile sale la știință înainte de a muri. Această fluctuație, cunoscută sub numele de zgomot Johnson-Nyquist, se datorează caracterului discret al sarcinii. Legea lui Ohm este valabilă pentru curentul mediu pentru materiale rezistive. Lucrarea lui Ohm a precedat ecuațiile lui Maxwell, precum și orice înțelegere a circuitelor curent alternativ. Evoluțiile moderne din domeniul teoriei electromagnetice și al analizei circuitelor nu contrazic legea lui Ohm atunci când sunt evaluate în limitele adecvate.

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit

Asa de curs şcolar Fizicienii sunt bine conștienți de interpretarea clasică a Legii lui Ohm:

Curentul dintr-un conductor este direct proporțional cu tensiunea de la capetele conductorului și invers proporțional cu rezistența acestuia.

Aceasta înseamnă, dacă până la capetele rezistenței conductorului R= 1 ohm tensiune aplicată U\u003d 1 Volt, apoi valoarea curentă euîn conductor va fi egal cu 1/1 \u003d 1 Amperi.

Acest lucru este ușor de înțeles analizând circuitul în care sunt în serie, o sursă de tensiune și un rezistor de 6 ohmi. Puteți stabili o relație între tensiunea bateriei, valoarea rezistorului și curentul pe care bateria îl furnizează și circulă prin rezistor. Din aceeași formulă, puteți șterge tensiunea în funcție de curent și rezistență, apoi Legea lui Ohm. Deci o rezistență mai mare are mai multă pantă.

Pentru a memora cele trei expresii ale Legii lui Ohm, el folosește un triunghi, care are multe în comun cu formulele de mai sus și poate da trei cazuri. O creștere a tensiunii înseamnă o creștere a curentului, iar o creștere a curentului înseamnă o creștere a tensiunii. La o tensiune fixă: o creștere a curentului determină o scădere a rezistenței și o creștere a rezistenței determină o scădere a curentului la DC: Tensiunea urmează rezistenței. O creștere a rezistenței determină o creștere a tensiunii, iar o creștere a tensiunii determină o creștere a rezistenței. La o valoare fixă ​​a rezistenței: curentul urmează tensiunii. . În special, această lege studiază relația dintre trei concepte: flux, diferență de potențial și electric.

De aici rezultă încă două relații utile:

Dacă într-un conductor cu o rezistență de 1 ohm circulă un curent de 1 amper, atunci tensiunea la capetele conductorului este de 1 volt (cădere de tensiune).

Dacă există o tensiune de 1 volt la capetele conductorului și un curent de 1 amper trece prin acesta, atunci rezistența conductorului este de 1 ohm.

Formulele de mai sus în această formă pot fi aplicate curentului alternativ numai dacă circuitul este format numai din rezistență activă R.
În plus, trebuie amintit că Legea lui Ohm este valabilă numai pentru elementele circuitelor liniare.

Legea lui Ohm vă permite să explicați fenomenul curentului electric

În forma sa cea mai simplă, această lege prevede că curentul care circulă printr-un conductor electric este direct proporțional cu diferența de potențial și, în paralel, invers proporțional cu rezistența. Acest lucru se datorează trecerii electronilor dintr-un punct în altul printr-o conductă, cum ar fi un fir de cupru. Astfel, intensitatea curentului se referă la numărul de electroni care trec printr-un conductor într-un timp dat, iar măsurarea lor este amplificatoare.

Diferența de potențial, cunoscută în mod obișnuit ca tensiune electrică, este cea care permite electronilor să treacă prin conductor, iar unitatea sa este voltul. În fine, rezistența este opoziția mai mare sau mai mică pe care o prezintă un conductor la trecerea curentului electric.

Este oferit un calculator simplu online pentru calcule practice.

Legea lui Ohm. Calculul tensiunii, rezistenței, curentului, puterii.
După resetare, introduceți oricare doi parametri cunoscuți.

Legea lui Ohm pentru un circuit închis

Dacă la sursa de alimentare este conectat un circuit extern cu rezistență R, un curent va curge în circuit, ținând cont de rezistența internă a sursei:

Această formulă simplă explică modul în care tensiunea, curentul și rezistența sunt legate. Descoperirea Legii lui Ohm a avut loc la începutul secolului al XIX-lea, o epocă în care generarea de curent electric era deja cunoscută datorită cercetărilor lui Alexander Volta. Omul de știință german Georg Simon Ohm a vrut să se aprofundeze în progresele noului lichid descoperit de Volta și a început să experimenteze proprietățile electricității folosind corpuri metalice până când a descoperit în sfârșit legea care îi poartă numele.

Legea lui Ohm a fost cu siguranță îmbunătățită de teoria electromagnetică a lui Maxwell

Deși legea lui Ohm a fost o contribuție cheie la descrierea modului în care funcționează electricitatea, trebuie remarcat că această lege nu este întotdeauna respectată deoarece Georg Simon Ohm nu a luat în considerare alte legi care interferează cu electricitatea, legile lui Kirchhoff. Multe fenomene electrice nu au fost explicate până când omul de știință James Clerk Maxwell a combinat electricitatea și așa-numitele legi lui Maxwell.

eu- Puterea curentului din circuit.
- Forța electromotoare (EMF) - mărimea tensiunii sursei de alimentare independentă de circuitul extern (fără sarcină). Caracterizat energie potențială sursă.
r- Rezistența internă a sursei de alimentare.

Pentru forță electromotoare, rezistență externă Rși interne r conectat în serie, atunci mărimea curentului din circuit este determinată de valoarea EMF și de suma rezistențelor: I = /(R+r) .

Cunoscut și ca tensiune sau tensiune, dar cum se leagă ambele cantități? Era fizicianul Georg Simon Ohm, profesor liceu, primul dintre care a stabilit această relație, pe care o cunoaștem acum drept legea lui Ohm. Curentul care trece printr-un conductor este direct proporțional cu diferența de potențial dintre capetele acestuia și invers proporțional cu rezistența sa electrică.

Șoferii care respectă legea lui Ohm

Expresia legii lui Ohm este de obicei scrisă după cum urmează. Această ultimă expresie este foarte importantă deoarece reflectă o scădere sau o pierdere Potential electricîntre două puncte de rezistenţă. Expresia legii lui Ohm este utilizată pe scară largă pentru a analiza circuite simple. Cu toate acestea, acest lucru nu este aplicabil în majoritatea situațiilor. După cum am studiat anterior în secțiunea despre rezistența electrică, rezistența unui corp depinde de.

Tensiunea la bornele circuitului extern va fi determinată pe baza intensității și rezistenței curentului R relație, care a fost deja discutată mai sus: U=IR.
Voltaj U, la conectarea sarcinii R, va fi întotdeauna mai mic decât EMF cu valoarea produsului eu*r, care se numește cădere de tensiune pe rezistența internă a sursei de alimentare.
Acest fenomen îl întâlnim destul de des când vedem baterii sau acumulatori parțial descărcați în funcțiune.
Pe măsură ce se descarcă, rezistența lor internă crește, prin urmare, căderea de tensiune în interiorul sursei crește, ceea ce înseamnă că tensiunea externă scade. U = - eu*r.
Cu cât curentul și rezistența internă a sursei sunt mai mici, cu atât valoarea EMF și tensiunea la bornele sale sunt mai apropiate. U.
Dacă curentul din circuit este zero, atunci = U. Circuitul este deschis, EMF-ul sursei este egal cu tensiunea la bornele sale.

Prin urmare, legea lui Ohm se aplică numai atunci când șoferul se află într-un anumit interval de temperatură. Legea lui Ohm este valabilă doar pentru unele materiale, numite ohmic, dar nu se aplică probelor de gaz ionizat și altor conductori, numiți neaxiali. Materialul care o alcătuiește. . Cel mai faimos a fost cel realizat de olandezul Musbrok în orașul Leiden, care este cunoscut sub numele de sticla Leiden.

Acțiunea de a expune capetele corpului la o diferență de potențial determină o mișcare continuă și ordonată a sarcinilor într-o direcție, care se numește „curent electric”. Studiul sarcinilor în mișcare se numește „electrodinamică”. Cu toate acestea, cunoscând structura atomică, știm că valoarea acesteia este de la negativ la pozitiv. Deci spunem că un corp este încărcat pozitiv atunci când a pierdut electroni și încărcat negativ când a preluat electroni.

În cazurile în care rezistența internă a sursei poate fi neglijată ( r≈ 0), tensiunea la bornele sursei va fi egală cu EMF ( ≈ U) indiferent de rezistenţa circuitului extern R.
Se numește o astfel de sursă de alimentare sursa de tensiune.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ

Dacă există inductanță sau capacitate în circuitul de curent alternativ, reactanța acestora trebuie luată în considerare.
În acest caz, legea lui Ohm va fi scrisă astfel:

Acesta este fluxul de electroni care circulă printr-un conductor. Poate fi obținută ca cantitatea de sarcină care curge prin secțiunea transversală a conductorului într-o anumită perioadă de timp. Un dispozitiv care măsoară intensitatea se numește ampermetru. Acesta este unul în care fluxul de sarcini într-un conductor curge întotdeauna în aceeași direcție. Este generat de baterii.

Fiecare terminal este numit pol, care poate fi fie pozitiv, fie negativ. Acesta este cel în care fluxul de sarcini asupra șoferului își schimbă ciclic direcția în timp. Efectele curentului electric Trecerea curentului electric prin conductori are efecte diferite în funcție de natura conductorilor și de intensitatea curentului.

Aici Z- rezistența totală (complexă) a circuitului - impedanta. Include activ Rși reactiv X componente.
Reactanța depinde de valorile nominale ale elementelor reactive, de frecvența și forma curentului din circuit.
Puteți face cunoștință cu rezistența complexă mai detaliat pe impedanța paginii.

Acest curent acţionează direct asupra sistem nervos provocând contracții nervoase. Când se întâmplă acest lucru, se spune că este un șoc electric. Ca urmare a acestor ciocniri, atomii își măresc energia vibrațională și materialul se încălzește. Acest efect este folosit la sobe, anafras, uscătoare de păr etc.

Astfel, atunci când acul magnetic se apropie de curentul conductiv, se observă că acul diverge brusc de la poziția sa. Acest efect este poate cel mai important din punct de vedere tehnologic. Energia electrică este convertită în energie luminoasă, cum ar fi lumini fluorescente, tuburi cu descărcare și diode luminoase.

Ținând cont de schimbarea de fază φ , creat de elemente reactive, pentru un curent alternativ sinusoidal, se scrie de obicei Legea lui Ohm în formă complexă:

Amplitudinea curentului complex. = I amp e jφ
- amplitudinea tensiunii complexe. = U amp e jφ
- rezistenta complexa. Impedanta.
φ - unghiul de fază între curent și tensiune.
e este o constantă, baza logaritmului natural.
j este unitatea imaginară.
I amp, U amp- valorile amplitudinii curentului și tensiunii sinusoidale.

De exemplu, dacă un curent trece prin apă acidă, se descompune în oxigen și hidrogen. tensiune sau forta electromotoare este energia necesară pentru ca o sarcină să se deplaseze printr-un conductor. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de tensiune sau diferență de potențial. Poate fi generat de o baterie, acumulator sau alternator.

Un instrument folosit în mod obișnuit se numește multimetru, care poate fi măsurat în plus față de volți, amperi, ohmi etc. Tensiune = Tensiune = Diferență de potențial. Aceasta este opoziția naturală a oricărui material față de trecerea curentului electric. În cazul unui conductor drept, rezistența electrică depinde de lungimea, aria și rezistivitatea materialului.

Elemente și circuite neliniare

Legea lui Ohm nu este o lege fundamentală a naturii și poate fi aplicabilă în cazuri limitate, de exemplu, pentru majoritatea conductorilor.
Nu poate fi utilizat pentru a calcula tensiunea și curentul în dispozitive semiconductoare sau de vid, unde această dependență nu este proporțională și poate fi determinată numai folosind caracteristica curent-tensiune (CVC). Această categorie de elemente include toate dispozitivele semiconductoare (diode, tranzistoare, diode zener, tiristoare, varicaps etc.) și tuburile de vid.
Astfel de elemente și circuitele în care sunt utilizate sunt numite neliniare.

Lungime: rezistența va fi mai mare cu cât conductorul este mai lung, deoarece numărul de impacturi de electroni va fi, de asemenea, mai mare. Natura materialului: datorită compoziției moleculare, materialele au grade diferite de rezistență, care este reprezentată de coeficientul de rezistivitate, care este reprezentat de litera greacă ρ.

Tabelul arată valorile specifice rezistență electrică unele substante. Comparând factorii de mai sus, putem stabili că. Constanta de proporționalitate corespunde coeficientului de rezistivitate, iar valoarea acesteia este caracteristică fiecărei substanțe. LA sistem international se exprimă în Ω. m.

În 1826, omul de știință german Georg Ohm a făcut o descoperire și a descris-o
o lege empirică privind relația dintre indicatori precum puterea curentului, tensiunea și caracteristicile conductorului din circuit. Ulterior, după numele omului de știință, el a început să fie numit legea lui Ohm.

Mai târziu s-a dovedit că aceste caracteristici nu sunt altceva decât rezistența conductorului care apare în procesul de contact cu electricitatea. Aceasta este rezistența externă (R). Există și o rezistență internă (r) specifică sursei de curent.

Amestecarea termică a particulelor conductorului este crescută fie de căldura furnizată din exterior, fie de impacturile în sine între electroni și atomi. Datorită acestei creșteri a coliziunilor, electronii liberi se vor opri mai des, deci curentul va scădea.

Coeficienții α depind de fiecare material. Exemplul 1 - Calculul rezistivității. A determina rezistivitate un conductor având o lungime de 4 km, o secțiune de 16 mm2 și o rezistență de 20 ohmi. Soluție: aplicăm formula. Din aceasta rafinam rezistivitatea ρ.

Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit

Conform legii generalizate a lui Ohm pentru o anumită secțiune a circuitului, puterea curentului în secțiunea circuitului este direct proporțională cu tensiunea de la capetele secțiunii și invers proporțională cu rezistența.

Unde U este tensiunea capetelor secțiunii, I este puterea curentului, R este rezistența conductorului.

Luând în considerare formula de mai sus, este posibil să găsiți valori necunoscute ale lui U și R făcând operații matematice simple.

Exemplul 2 - Calculul lungimii unui conductor. Calculați lungimea unui fir de fier-nichel cu un diametru de 6 mm și o rezistență de 500 ohmi. Soluţie. Mai întâi, calculați secțiunea transversală din diametru. Fizicianul german George Ohm a decis că, pentru ca un curent electric să treacă printr-un conductor, trebuie să existe o tensiune electrică la capete; prin urmare, trebuie să existe o relație între tensiunea la care trece circuitul și curentul care trece prin acesta.

După ce a stabilit o analogie între curentul electric și curentul fluidului, Ohm a constatat că curentul era direct proporțional cu tensiunea, fie că este vorba despre un circuit complet sau, în cazul unui conductor, diferența de potențial dintre capete ale acestuia; ceva similar cu ceea ce se întâmplă într-o conductă de apă, unde debitul este proporțional cu diferența de presiune dintre capetele piesei în cauză.

Formulele prezentate mai sus sunt valabile numai atunci când rețeaua întâmpină o rezistență.

Legea lui Ohm pentru un circuit închis

Puterea curentului lanț complet egal cu EMF împărțit la suma rezistențelor secțiunilor omogene și neomogene ale circuitului.

O rețea închisă are atât rezistențe interne, cât și externe. Prin urmare, formulele de relație vor fi diferite.

Apoi, curățarea expresiei propuse ar trebui. Calculați rezistența unui dispozitiv electric dacă acesta este supus unei tensiuni de 12 V și circulă un curent de 20 mA. Atenție la rezistența cuptorului, care consumă 3 amperi la 120 volți.

Soluție: aplicăm legea lui Ohm. Ce diferență de potențial trebuie aplicată unui reostat de 30 ohmi pentru a circula 5 amperi prin el? Este asocierea elementelor conductoare care face posibilă circulația curentului electric. La orice circuit electric consumul sau rezistenţa sunt elementele care se transformă energie electricaîntr-un alt tip de energie.

Unde E este forța electromotoare (EMF), R este rezistența externă a sursei, r este rezistența internă a sursei.

Legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă a unui lanț

O rețea electrică închisă conține secțiuni de natură liniară și neliniară. Secțiunile care nu au o sursă de curent și nu depind de influențele externe sunt liniare, iar secțiunile care conțin o sursă sunt neliniare.

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unei rețele de natură omogenă a fost enunțată mai sus. Legea asupra unei secțiuni neliniare va avea următoarea formă:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Unde f1 - f2 este diferența de potențial la punctele de capăt ale secțiunii de rețea luate în considerare

R este rezistența totală a secțiunii neliniare a circuitului

FEM a unei secțiuni neliniare a circuitului este mai mare decât zero sau mai mică. Dacă direcția de mișcare a curentului care vine de la sursă cu deplasarea curentului în rețeaua electrică este aceeași, va prevala mișcarea sarcinilor pozitive și EMF va fi pozitivă. În caz de coincidență a direcțiilor, traficul va fi crescut în rețea sarcini negative creat de EMF.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ

Cu capacitatea sau inerția disponibilă în rețea, este necesar să se țină seama în calcule de faptul că acestea își dau rezistența, din acțiunea căreia curentul devine variabil.

Legea lui Ohm pentru curent alternativ arată astfel:

unde Z este rezistența de-a lungul întregii lungimi a rețelei electrice. Denumită și impedanță. Impedanța este formată din rezistențe active și reactive.

Legea lui Ohm nu este o lege științifică de bază, ci doar o relație empirică și, în unele condiții, este posibil să nu fie respectată:

  • Când rețeaua are o frecvență înaltă, câmpul electromagnetic se modifică de la de mare viteză, iar în calcule este necesar să se țină cont de inerția purtătorilor de sarcină;
  • În condiții de temperatură scăzută cu substanțe care au supraconductivitate;
  • Când conductorul este puternic încălzit de tensiunea de trecere, raportul dintre curent și tensiune devine variabil și poate să nu respecte legea generală;
  • Când un conductor sau dielectric este sub tensiune înaltă;
  • În lămpi LED;
  • Semiconductoare și dispozitive semiconductoare.

La rândul lor, elementele și conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc ohmici.

Legea lui Ohm poate oferi o explicație pentru unele fenomene naturale. De exemplu, când vedem păsări așezate pe fire de înaltă tensiune, avem o întrebare - de ce nu sunt afectate de electricitate? Acest lucru este explicat destul de simplu. Păsările, așezate pe fire, sunt un fel de conductori. Cea mai mare parte a tensiunii cade pe golurile dintre păsări, iar ponderea care cade asupra „ghidurilor” înșiși nu reprezintă un pericol pentru acestea.

Dar această regulă funcționează doar cu un singur contact. Dacă o pasăre atinge un fir sau un stâlp de telegraf cu ciocul sau aripa, inevitabil va muri din cauza stresului uriaș pe care îl suportă aceste zone. Astfel de cazuri se întâmplă peste tot. Prin urmare, din motive de securitate, unii aşezări au fost instalate dispozitive speciale pentru a proteja păsările de tensiuni periculoase. Pe astfel de bibani, păsările sunt complet în siguranță.

Legea lui Ohm este, de asemenea, aplicată pe scară largă în practică. Electricitatea este mortală pentru o persoană cu o singură atingere a unui fir gol. Dar în unele cazuri rezistență corpul uman poate fi diferit.

Deci, de exemplu, pielea uscată și intactă are o rezistență mai mare la electricitate decât o rană sau pielea acoperită cu transpirație. Din cauza oboselii, tensiune nervoasași intoxicație, chiar și cu o tensiune mică, o persoană poate primi un șoc electric puternic.

În medie, rezistența corpului uman este de 700 ohmi, ceea ce înseamnă că o tensiune de 35 V este sigură pentru o persoană. Lucrul cu tensiune înaltă, folosesc experții.