Legea de bază a ingineriei electrice, cu ajutorul căreia poți studia și calcula circuite electrice, este legea lui Ohm, care stabilește relația dintre curent, tensiune și rezistență. Este necesar să-i înțelegem clar esența și să o poți folosi corect în rezolvarea problemelor practice. Adesea, greșelile sunt făcute în inginerie electrică din cauza incapacității de a aplica corect legea lui Ohm.

Cantitatea de apă care curge prin conductă pe unitatea de timp este egală cu intensitatea curentului electric. În loc de o diferență de înălțime între nivelurile apei de la un rezervor la altul, se folosește o diferență de potențial aplicată la capetele șoferului. Rezistența la trecerea lichidului în conductă este egală cu rezistența electrică a firului.

Datorită acestor analogi, Ohm a sugerat că intensitatea curentului electric este determinată de relația dintre mărimea diferenței de potențial și rezistența electrică a conductorului. Această lege este cunoscută sub numele de Legea lui Ohm. Această constantă este rezistența conductorului.

Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit afirmă că curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

Dacă tensiunea care acționează într-un circuit electric este crescută de mai multe ori, atunci curentul din acest circuit va crește cu aceeași cantitate. Și dacă creșteți rezistența circuitului de mai multe ori, atunci curentul va scădea cu aceeași cantitate. La fel, debitul de apă într-o țeavă este mai mare, cu cât presiunea este mai mare și rezistența țevii la mișcarea apei este mai mică.

Deoarece conductorii se încălzesc atât de mult încât cu cât este mai mare intensitatea curentului electric care trece prin ei, este necesar să se mențină temperatura constanta pentru ca legea lui Ohm să poată fi verificată. Conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc ohmici sau conductoare de linie. Pentru acești conductori există o proporționalitate directă între diferența de potențial de la capete și intensitatea curentului care trece prin ele.

Metalele sunt cel mai bun exemplu conductori ohmici. Conductorii care nu respectă legea lui Ohm se numesc conductori non-ohmici sau neliniari. Pentru acești conductori, nu există o proporționalitate directă între diferența de potențial de la capetele lor și intensitatea curentului care îi mișcă, adică. rezistență electrică nu este permanentă.

Pentru a exprima matematic mai simplu legea lui Ohm, luați în considerare asta rezistența unui conductor în care circulă un curent de 1 A la o tensiune de 1 V este de 1 ohm.

Curentul în amperi poate fi întotdeauna determinat prin împărțirea tensiunii în volți la rezistența în ohmi. De aceea Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit se scrie cu următoarea formulă:

Semiconductorii sunt exemple de conductori non-ohmici. Înțelegerea conceptelor de tensiune, curent și rezistență electrică este fundamentală pentru a face primii pași în lumea electronicii. Prin înțelegerea acestor mărimi și aplicarea primei legi a lui Ohm, se dobândește o bază fundamentală pentru continuarea cercetării. În acest articol, vom introduce concepte precum prima lege a lui Ohm.

Înainte de a intra în conceptele obiective ale acestui articol, este interesant să introducem mărimile electrice, unitatea și notația. Vom lucra cu măreție în sistemul internațional. Numele măreției este denumit în mod obișnuit mari oameni de știință. În acest articol, vom lucra cu următoarele cantități.

I = U/R.

triunghi magic

Orice secțiune sau element al unui circuit electric poate fi caracterizat folosind trei caracteristici: curent, tensiune și rezistență.

Cum se folosește triunghiul lui Ohm:închideți valoarea dorită - celelalte două caractere vor da o formulă pentru calculul acesteia. Apropo, o singură formulă dintr-un triunghi se numește legea lui Ohm - cea care reflectă dependența curentului de tensiune și rezistență. Celelalte două formule, deși sunt o consecință a acesteia, simțul fizic Nu Aveți.

Tensiune: un volt în onoarea lui Alessandro Volta; Current: Ampère, numit după André Marie Ampère; Rezistență: unitatea lui Ohm, numită după Georg Simon Ohm. Pentru a facilita scrierea valorilor, prefixele sunt folosite pentru a facilita indicarea. Aceste prefixe de putere de 10 sunt plasate în fața unității care reprezintă magnitudinea. Tabelul 1 prezintă cele mai frecvent utilizate prefixe. Fiți conștienți de literele mari și mici, deoarece pot afecta cantitatea.

Tabelul 1 - Prefixe sistem international. Materialele au ușurință sau dificultăți în a trece curentul electric. Are de-a face cu numărul de electroni din ultimul strat. În ultimul strat, metalele au puțini electroni, de exemplu, cuprul are 1 electron. Astfel, acest electron este slab atras pentru a face nucleul să se miște cu ușurință între atomi. Elementele care au un strat exterior complet sunt izolatoare, iar în cazul semiconductorilor care au 3 sau 4 electroni în ultimul lor strat, pot fi folosite ca izolatori sau conductori în funcție de legăturile dintre atomii vecini.

Calculele legii lui Ohm pentru o secțiune de circuit vor fi corecte atunci când tensiunea este în volți, rezistența este în ohmi și curentul este în amperi. Dacă sunt utilizate mai multe unități din aceste cantități (de exemplu, miliamperi, milivolți, megaohmi etc.), atunci acestea ar trebui convertite în amperi, volți și, respectiv, ohmi. Pentru a sublinia acest lucru, uneori formula pentru legea lui Ohm pentru o secțiune de lanț este scrisă astfel:

Opoziția la trecerea curentului se numește rezistență electrică. Tot materialul are o anumită rezistență electrică, aceasta se datorează „impactului” electronilor din atomi în timpul mișcării. Efectul acestei opoziții este căldura. Unii atomi sunt mai rezistenți la trecerea electronilor, creând mai multă căldură.

Astfel, o parte din energia aplicată este convertită în căldură, acest efect se numește efect Joule. Este la fel cu încălzirea apei de la duș sau încălzirea unui cuptor electric. Dar, în multe cazuri, în electronică, acest efect devine o risipă pentru sistem sub formă de căldură.

amper = volt/ohm

De asemenea, puteți calcula curentul în miliamperi și microamperi, în timp ce tensiunea ar trebui exprimată în volți, iar rezistența în kiloohmi și, respectiv, megaohmi.

Alte articole despre electricitate într-o prezentare simplă și accesibilă:

Legea lui Ohm este valabilă pentru orice secțiune a circuitului. Dacă este necesar să se determine curentul într-o anumită secțiune a circuitului, atunci este necesar să se împartă tensiunea care acționează asupra acestei secțiuni (Fig. 1) la rezistența acestei secțiuni particulare.

Unitatea de rezistență electrică este ohmul, simbolizat de litera greacă Omega. O componentă care folosește acest principiu pentru a construi circuite electrice, este un rezistor. Rezistorul este proiectat în așa fel încât să aibă o rezistență cunoscută, astfel încât să poată fi utilizat într-un circuit. Pe lângă rezistența cunoscută, rezistorul este construit și pentru puterea dorită. Acest lucru va depinde de materialul și dimensiunea rezistenței.

Există mai multe tipuri de rezistențe pentru diferite aplicații. Pentru aplicațiile electronice, se fabrică în mod obișnuit sârmă, peliculă de carbon și peliculă metalică. Și au apărut așa cum se arată în Figura 1.




Există și momente când vrei să te întorci energie electricaîn căldură. În acest caz, denumit în mod obișnuit „rezistoare”, rezistențele au dimensiuni mari, prin urmare, de mare putere și sunt realizate din sârmă. După cum se vede în figura 3.

Fig 1. Aplicarea legii lui Ohm pentru o secțiune de circuit

Să dăm un exemplu de calcul al curentului conform legii lui Ohm. Să fie necesar să se determine curentul într-o lampă având o rezistență de 2,5 ohmi, dacă tensiunea aplicată lămpii este de 5 V. Împărțind 5 V la 2,5 ohmi, obținem valoarea curentului egală cu 2 A. În al doilea exemplu , determinăm curentul, care va fi debit sub acțiunea unei tensiuni de 500 V într-un circuit a cărui rezistență este de 0,5 MΩ. Pentru a face acest lucru, exprimăm rezistența în ohmi. Împărțind 500 V la 500.000 ohmi, găsim valoarea curentului din circuit, care este egală cu 0,001 A sau 1 mA.

Adesea, cunoscând curentul și rezistența, tensiunea este determinată folosind legea lui Ohm. Să scriem formula pentru determinarea tensiunii




Rezistoarele variabile, cunoscute sub numele de potențiometre sau trimoane, sunt utilizate pe scară largă în electronică. Figura 4 prezintă câteva exemple.





Scurt, tensiune electrică este diferența de potențial dintre două puncte. Este introdus în circuit printr-un generator. De obicei în circuite electronice generatoarele sunt baterii care transformă energia chimică în energie electrică. Există și generatoare mecanice, solare, termice, magnetice etc.

U=IR

Din această formulă se poate observa că tensiunea la capetele unei secțiuni date a circuitului este direct proporțională cu curentul și rezistența. Sensul acestei dependențe nu este greu de înțeles. Dacă nu modificați rezistența secțiunii circuitului, atunci puteți crește curentul numai prin creșterea tensiunii. Aceasta înseamnă că, cu rezistență constantă, mai mult curent corespunde mai multă tensiune. Dacă este necesar să se obțină același curent la diferite rezistențe, atunci cu o rezistență mai mare trebuie să existe o tensiune în mod corespunzător mai mare.

Acesta este fluxul de electroni într-un conductor atunci când este expus la o diferență de potențial. De obicei, această diferență de potențial este controlată de un fel de generator care transformă tipul de energie în energie electrică, cum ar fi o baterie. Un curent electric poate provoca unele efecte, cum ar fi efectul de încălzire și efectul de iluminare pe care îl folosim astăzi.

Sensul real al curentului electric apare atunci când electronii se mișcă, lăsând borna negativă pozitivă. În practică, se folosește sensul obișnuit, adică. direcția fluxului de electroni este luată de la borna pozitivă la cea negativă. Georg Simon Ohm a făcut câteva teste pentru a verifica relația dintre tensiune, curent și rezistență. Prima lege a lui Ohm este afirmată ca.

Tensiunea pe o secțiune a unui circuit este adesea denumită cadere de tensiune. Acest lucru duce adesea la neînțelegeri. Mulți oameni cred că o cădere de tensiune este un fel de tensiune inutilă irosită. De fapt, conceptele de tensiune și cădere de tensiune sunt echivalente.

Calculul tensiunii folosind legea lui Ohm poate fi prezentat în exemplul următor. Lasă un curent de 5 mA să treacă printr-o secțiune a unui circuit cu o rezistență de 10 kΩ și este necesar să se determine tensiunea în această secțiune.

„Curentul care trece printr-un rezistor este proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu valoarea rezistenței sale.”

reprezentat matematic. Presupunând un circuit simplu format dintr-o sursă și un rezistor. Sursa are o tensiune de 12 V și o rezistență de 4,7 kOhm. Care este valoarea curentului care circulă în circuit?

Acest articol prezintă conceptele de bază pentru electricitate. Înțelegerea unor astfel de concepte este fundamentală pentru dezvoltarea abilităților electronice. Pentru a compara experimental rezistența oferită de legea lui Ohm și rezistența incrementală pentru un rezistor neliniar.

Înmulțirea I \u003d 0,005 A la R -10000 ohmi, obținem o tensiune egală cu 5 0 V. Am putea obține același rezultat prin înmulțirea a 5 mA cu 10 kOhm: U \u003d 50 V

În dispozitivele electronice, curentul este de obicei exprimat în miliamperi și rezistența în kiloohmi. Prin urmare, este convenabil să folosiți aceste unități de măsură în calcule conform legii lui Ohm.

Conform legii lui Ohm, rezistența se calculează și dacă se cunosc tensiunea și curentul. Formula pentru acest caz se scrie astfel: R = U/I.

Am comentat că Legea lui Ohm spune că tensiunea pe un rezistor este direct proporțională cu curentul care circulă prin acesta. Cu alte cuvinte, legea lui Ohm spune că raportul dintre tensiune și curent într-un dispozitiv rămâne constant și face ca rezistența electrică să rămână constantă. Cu toate acestea, acest lucru este valabil numai pentru așa-numiții bipoli ohmici sau rezistențe liniare.

Legea lui Ohm nu este valabilă pentru dispozitivele rezistive neliniare, deoarece în acest caz rezistența nu rămâne constantă în raport cu raportul dintre tensiune și curent. Un element bipolar rezistiv este considerat un rezistor neliniar dacă nu respectă legea lui Ohm, adică. dacă raportul dintre tensiunile dintre bornele bipolarului și curentul care trece prin acesta nu rămâne constant.

Rezistența este întotdeauna raportul dintre tensiune și curent. Dacă tensiunea crește sau scade de mai multe ori, atunci curentul va crește sau scade de același număr de ori. Raportul dintre tensiune și curent, egal cu rezistența, rămâne neschimbat.

Formula pentru determinarea rezistenței nu trebuie înțeleasă în sensul că rezistența unui conductor dat depinde de curgere și tensiune. Se știe că depinde de lungimea, aria secțiunii transversale și materialul conductorului. De aspect formula pentru determinarea rezistenței seamănă cu formula pentru calcularea curentului, dar există o diferență fundamentală între ele.

Rezistența într-un rezistor neliniar poate varia în diferite forme ale relației dintre tensiune și curent, în conformitate cu principiile fizice ale dispozitivului. Luați în considerare, de exemplu, cazul unei lămpi cu incandescență. Rezistenta acestuia variaza in functie de temperatura filamentului, conform legii.

În care se află temperatura, în grade Celsius, și respectiv sunt rezistența și temperatura măsurate în starea inițială, și este coeficientul de modificare a rezistenței cu temperatura. Pentru wolfram, materialul din care este fabricat filamentul lămpii. Temperatura unui filament este legată de culoarea luminii pe care o emite în filament. Cu cât filamentul este mai strălucitor, cu atât este mai scăzută temperatura, iar pe măsură ce se încălzește, lungimea de undă a luminii emise scade pe măsură ce lumina devine mai galbenă.

Curentul într-o anumită secțiune a circuitului depinde într-adevăr de tensiune și rezistență și se modifică atunci când se schimbă. Și rezistența unei anumite secțiuni a circuitului este o valoare constantă, independentă de modificările tensiunii și curentului, dar egală cu raportul acestor cantități.

Când același curent curge în două secțiuni ale circuitului și tensiunile aplicate acestora sunt diferite, este clar că secțiunea căreia i se aplică tensiunea mai mare are o rezistență în mod corespunzător mai mare.

Dacă efectuăm un experiment pentru a determina rezistența electrică a unei lămpi cu incandescență, vom observa o relație neliniară între tensiune și curent, arătând că lampa nu este un bipol ohmic. Figura 1 prezintă rezultatele obținute cu o lampă incandescentă din tungsten cu o tensiune nominală de 12 V și o putere nominală de 5 W.

În figura 1, curba circulară reprezintă datele experimentale privind curentul prin lampă în funcție de tensiunea pe ea, un set de puncte. Pentru bipoli în general, rezistența electrică este definită ca fiind dată de rezistența diferențială sau rezistența în creștere. În cazul bipolilor ohmici, rezistența lor incrementală coincide cu rezistența ohmică. Acest lucru nu se întâmplă în alte tipuri de bipoli.

Și dacă, sub influența aceleiași tensiuni, un curent diferit trece în două secțiuni diferite ale circuitului, atunci un curent mai mic va fi întotdeauna în acea secțiune care are o rezistență mai mare. Toate acestea rezultă din formularea de bază a legii lui Ohm pentru o secțiune a circuitului, adică din faptul că curentul este mai mare, cu cât tensiunea este mai mare și cu atât rezistența este mai mică.


Vom arăta calculul rezistenței folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului în exemplul următor. Să fie necesar să se afle rezistența secțiunii prin care, la o tensiune de 40 V, trece un curent de 50 mA. Exprimând curentul în amperi, obținem I \u003d 0,05 A. Împărțiți 40 la 0,05 și găsiți că rezistența este de 800 ohmi.

Legea lui Ohm poate fi vizualizată sub forma așa-numitei caracteristica volt-amper. După cum știți, o relație direct proporțională între două mărimi este o linie dreaptă care trece prin origine. O astfel de dependență se numește liniară.

Pe fig. 2 prezintă, ca exemplu, un grafic al legii lui Ohm pentru o secțiune de circuit cu o rezistență de 100 ohmi. Axa orizontală arată tensiunea în volți, iar axa verticala- curent în amperi. Scara de curent și tensiune poate fi aleasă după cum doriți. Se trasează o linie dreaptă astfel încât pentru orice punct de pe ea, raportul dintre tensiune și curent să fie de 100 ohmi. De exemplu, dacă U \u003d 50 V, atunci eu \u003d 0,5 A și R \u003d 50: 0,5 \u003d 100 Ohmi.

Orez. 2. Legea lui Ohm (caracteristica tensiunii)

Graficul legii lui Ohm pentru valori negative ale curentului și tensiunii are aceeași formă. Aceasta înseamnă că curentul din circuit curge în mod egal în ambele direcții. Cu cât rezistența este mai mare, cu atât se obține mai puțin curent la o anumită tensiune și cu atât linia dreaptă este mai plată.

Dispozitivele în care caracteristica curent-tensiune este o linie dreaptă care trece prin origine, adică rezistența rămâne constantă atunci când tensiunea sau curentul se modifică, sunt numite instrumente liniare. Sunt folosiți și termenii circuite liniare, rezistențe liniare.

Există și dispozitive în care rezistența se modifică odată cu modificarea tensiunii sau curentului. Atunci relația dintre curent și tensiune este exprimată nu conform legii lui Ohm, ci mai complicat. Pentru astfel de dispozitive, caracteristica curent-tensiune nu va fi o linie dreaptă care trece prin origine, ci este fie o curbă, fie o linie întreruptă. Aceste dispozitive se numesc neliniare.

Diagrama mnemonică pentru legea lui Ohm

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.

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.

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

Legea lui Ohm pentru un circuit închis

Puterea curentă 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.

Unde este E forta 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 mișcarea curentului în rețeaua electrică este aceeași, mișcarea sarcinilor pozitive va prevala 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 arata asa:

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 ei, 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.