Jak spolu souvisí proud, napětí a odpor?

Říkají: “Pokud neznáš Ohmův zákon, zůstaň doma.” Pojďme tedy zjistit (připomenout si), o jaký zákon se jedná, a směle se vydejte na procházku.

Základní pojmy Ohmova zákona

Jak rozumět Ohmovu zákonu? Musíte jen přijít na to, co je co v jeho definici. A měli byste začít určením síly proudu, napětí a odporu.

Aktuální I

Nechte v nějakém vodiči protékat proud. To znamená, že dochází k usměrněnému pohybu nabitých částic – řekněme, že se jedná o elektrony. Každý elektron má elementární elektrický náboj (e= -1,60217662 × 10 -19 Coulomb). V tomto případě projde určitým povrchem za určitou dobu specifický elektrický náboj rovný součtu všech nábojů proudících elektronů.

Jaká je aktuální síla

Poměr náboje k času se nazývá proudová síla. Čím více náboje projde vodičem za určitý čas, tím větší je síla proudu. Síla proudu se měří v Amp.

Napětí U nebo rozdíl potenciálů

Je to právě ta věc, která nutí elektrony k pohybu. Elektrický potenciál charakterizuje schopnost pole vykonat práci při přenosu náboje z jednoho bodu do druhého. Mezi dvěma body vodiče je tedy potenciální rozdíl a elektrické pole přenáší náboj.

Napětí, co je

Fyzikální veličina rovnající se práci efektivního elektrického pole při přenosu elektrického náboje se nazývá napětí. měřeno v Volty. Jeden Volt je napětí, které, když se náboj pohne 1 Cl funguje rovna 1 Joule.

odpor R

Proud, jak víte, protéká vodičem. Ať je to nějaký drát. Při pohybu po drátu pod vlivem pole se elektrony srazí s atomy drátu, vodič se zahřeje, atomy v krystalové mřížce začnou kmitat, což způsobuje ještě větší problémy elektronům při pohybu. Tento jev se nazývá odpor. Závisí na teplotě, materiálu, průřezu vodiče a měří se v Omaha.

Památník Georga Simona Ohma

Formulace a vysvětlení Ohmova zákona

Zákon německého učitele Georga Ohma je velmi jednoduchý. Říká:

Proud v obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu.

Georg Ohm odvodil tento zákon experimentálně (empiricky) v 1826 rok. Přirozeně, čím větší je odpor části obvodu, tím menší bude proud. V souladu s tím, čím větší je napětí, tím větší bude proud.

Mimochodem! Pro naše čtenáře je nyní sleva 10 %. jakýkoli druh práce

Tato formulace Ohmova zákona je nejjednodušší a je vhodná pro obvodovou část. Výrazem „část obvodu“ rozumíme, že se jedná o homogenní část, na které nejsou žádné zdroje proudu s EMF. Zjednodušeně řečeno, tato sekce obsahuje nějaký druh odporu, ale není na ní žádná baterie, která zajišťuje proud sama.

Pokud vezmeme v úvahu Ohmův zákon pro úplný obvod, bude jeho formulace mírně odlišná.

Předpokládejme, že máme obvod, má zdroj proudu, který vytváří napětí, a nějaký druh odporu.

Zákon bude napsán v následující podobě:

Vysvětlení Ohmova zákona pro dutý řetěz se zásadně neliší od vysvětlení pro úsek řetězu. Jak vidíte, odpor je součtem samotného odporu a vnitřního odporu zdroje proudu a místo napětí se ve vzorci objevuje elektromotorická síla zdroje.

ČTĚTE VÍCE

Jak odstranit sanitární tmel?

Mimochodem, o tom, co je to, co je EMF, si přečtěte v našem samostatném článku.

Jak rozumět Ohmovu zákonu?

Abychom intuitivně pochopili Ohmův zákon, přejděme k analogii reprezentace proudu jako kapaliny. Přesně to si myslel Georg Ohm, když prováděl experimenty, díky nimž byl objeven po něm pojmenovaný zákon.

Představte si, že proud není pohyb částic nosičů náboje ve vodiči, ale pohyb toku vody v potrubí. Nejprve se voda přečerpá do čerpací stanice a odtud má působením potenciální energie tendenci klesat a protékat potrubím. Navíc, čím výše čerpadlo čerpá vodu, tím rychleji bude proudit v potrubí.

Z toho vyplývá, že průtok vody (síla proudu v drátu) bude tím větší, čím větší bude potenciální energie vody (potenciální rozdíl)

Síla proudu je přímo úměrná napětí.

Nyní přejděme k odporu. Hydraulický odpor je odpor trubky v důsledku jejího průměru a drsnosti stěny. Je logické předpokládat, že čím větší průměr, tím menší odpor potrubí a tím větší množství vody (vyšší proud) bude protékat jeho průřezem.

Síla proudu je nepřímo úměrná odporu.

Takovou analogii lze vyvodit pouze pro základní pochopení Ohmova zákona, neboť jeho původní podoba je vlastně dosti hrubou aproximací, která však v praxi nachází vynikající uplatnění.

Ve skutečnosti je odpor látky způsoben vibrací atomů krystalové mřížky a proud je způsoben pohybem volných nosičů náboje. V kovech jsou volnými nosiči elektrony, které unikly z atomových drah.

V tomto článku jsme se pokusili podat jednoduché vysvětlení Ohmova zákona. Znalost těchto zdánlivě jednoduchých věcí vám může u zkoušky dobře posloužit. Samozřejmě jsme uvedli jeho nejjednodušší formulaci Ohmova zákona a nebudeme nyní lézt do džungle vyšší fyziky, zabývající se aktivními a reaktivními odpory a dalšími jemnostmi.

Pokud máte takovou potřebu, naši pracovníci vám rádi pomohou. studentský servis. A nakonec vám doporučujeme zhlédnout zajímavé video o Ohmově zákonu. Je to opravdu výchovné!

Kontrolní práce od 1 dne / od 120 rublů. Zjistěte cenu
Práce od 7 dnů / od 9540 rublů Zjistěte cenu
Kurz od 5 dnů / od 2160 rublů. Zjistěte cenu
Abstrakt od 1 dne / od 840 rublů Zjistěte cenu

Ivan Kolobkov, také známý jako Joni. Marketér, analytik a copywriter ve společnosti Zaochnik. Mladý nadějný spisovatel. Má lásku k fyzice, vzácným věcem a dílu C. Bukowského.

„To je ono, žádné kino nebude. Došla elektřina.” Asi nikdo nezůstane lhostejný k oblíbené frázi ze známého filmu „Gentlemen of Fortune“. Je to opravdu nepříjemné, když sedíte a díváte se na svůj oblíbený televizní seriál a najednou – bum! Světla byla zhasnutá a jako štěstí, notebook neměl dostatek nabití. A elektřinu si doma nevyrobíte, což je škoda. Ale můžeme to udělat v článku, abychom pochopili, jak to funguje.

ČTĚTE VÍCE

Jak vybrat LED lampy pro zavěšené stropy?

Эelektrický proud

V dnešní době je těžké si představit život bez elektřiny. Nemůžete se dívat na televizi, nemůžete si nabíjet telefon, nemůžete pít čaj. Bez elektřiny nebude fungovat ani jeden elektrospotřebič v domě. A oznámení o výpadku proudu vyvolává tichou hrůzu.

elektřina je forma energie, která existuje ve formě statických nebo pohyblivých elektrických nábojů.

Tok. Oba představují řízený pohyb částic. Z čeho se skládá voda? Z molekul. Když se tyto molekuly pohybují jedním směrem, tvoří proud vody, který protéká například potrubím.

Elektrický proud je uspořádaný pohyb nabitých částic.

Aby elektrický proud existoval, je třeba provést následující: podmínky:

přítomnost volných nabitých částic;
přítomnost elektrického pole;
přítomnost uzavřeného elektrického obvodu.

Hlavními kvantitativními charakteristikami elektrického proudu jsou síla proudu a napětí.

Stres

Aby v obvodu existoval elektrický proud, obvod musí být uzavřen a mezi konci části obvodu musí být napětí.

Stres – skalární (bezsměrová) fyzikální veličina, jejíž hodnota se rovná práci proudu na úseku obvodu vykonaného při přenosu jednotkového elektrického náboje z jednoho bodu do druhého.

Jednotka U – V (volt) = (frac)

Elektrický proud je výsledkem „práce“ mnoha částic. Rádi pracují – nejsou líní přesunout z jednoho konce řetězu na druhý. A čím více budou pracovat, tím větší napětí budou mít. Takto si pamatujeme spojení zdůrazňuje (Nás práce (A).

Každý fyzik (a elektrikář) poslouchá slova ze slavné písně Dima Bilana „To jsi ty, to jsem já, mezi námi je blesk, s elektrickým výbojem 220 voltů. “ získává nový pár šedivých vlasů. Takové napětí je pro člověka velmi nebezpečné. 220 Voltů je však stejné napětí v našich zásuvkách!

Přístroj na měření napětí – voltmetr. Je zapojen paralelně k obvodu. Příklad zapojení je na obrázku:

Síla proudu

To je další důležitá vlastnost elektrického proudu.

Síla proudu je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik náboje se přenese přes uvažovanou plochu průřezu za jednotku času.

Jednotka I – A (ampér) = (frac).

Představme si, že uvnitř vodiče „běží“ obrovské množství nabitých částic jedním směrem. Takže čím větší bude celkový náboj částic procházejících průřezem vodiče za jednotku času, tím větší bude hodnota proudu. To vám pomůže vzpomenout si na závislost aktuální síla (já) od elektrický náboj (q).

Zařízení na měření proudu – ampérmetr. Je součástí okruhu důsledně. Příklad zapojení je na obrázku:

Směr proudu se shoduje se směrem pohybu kladně nabitých částic.

Podívejme se, jak můžeme na příkladu určit směr proudu v obvodu.

Výzva. Na obrázku je znázorněn elektrický obvod se zdrojem proudu a odporem R. Určete směr proudu v tomto obvodu (ve směru/proti směru hodinových ručiček).

řešení:

ČTĚTE VÍCE

Na jakou vzdálenost infrazářič topí?

Vezměte prosím na vědomí, že „velká“ deska reostatu je umístěna vpravo (je to ta, která směruje proud) a „malá“ vlevo. Kladně nabité částice se pohybují od katody k anodě (od kladně nabité desky k záporně nabité) a směr proudu se vždy shoduje se směrem kladně nabitých částic. To znamená, že proud v obvodu je směrován ve směru hodinových ručiček.

Odpověď: ve směru hodinových ručiček

Elektrický odpor

Je to elektrická charakteristika vodiče.

Odpor – fyzikální veličina charakterizující elektrické vlastnosti úseku obvodu.

Jednotka R – Ohm.

Specifický odpor vodiče (p) lze nalézt ve speciální tabulce v referenční knize nebo na internetu. Každý materiál bude mít svůj vlastní význam. Jako příklad uvedeme pouze fragment takové tabulky.

Tabulka odporu vodičů

kov	odpor, *Ohm (mm^2)/m**
Stříbro	0,0015
Měď	0,018
Zlato	0,023
Hliník	0,029
Wolfram	0,055
Železo	0,098

Jaký je rozdíl mezi odporem a odporem?

Odpor je vnější vlastnost v závislosti na Množství přítomný materiál, geometrické charakteristiky vodiče a materiál, ze kterého je vodič vyroben.

Specifický odpor je vnitřní vlastnost vodiče, která nezávisí na jeho velikosti, ale závisí na chemickém složení látky a teplotě.

Ukazuje se, že za prvé, jaké to bude? odpor, jsou ovlivněny velikostí vodiče, jeho tvarem a materiálem, ze kterého je vyroben.

Odpor vodiče závisí i na teplotě. Když se teplota pevných látek zvýší, odpor se zvýší. A v roztocích a taveninách naopak klesá. Ve zkouškových úlohách se neuvažují případy se změnami odporu, ale v úlohách olympiády se s tím lze setkat.

Zamysleme se nad tím: Co odolává čemu?

Důvod elektrického odporu spočívá v interakce nábojů různých značek při průchodu proudu vodičem. Tuto interakci lze přirovnat k síle tření, která má tendenci zastavit pohyb nabitých částic.

Čím silnější je interakce volných elektronů s kladnými ionty v uzlech krystalové mřížky vodiče, tím větší je odpor vodiče.

Nazývá se vodič s určitým stálým odporem odpor.

Vraťme se ke srovnání elektrického proudu s vodou: tak jako se molekuly vody z kohoutku pohybují shora dolů, tak i elektrický proud má určitý směr – od katody k anodě. Elektrický náboj v našem příkladu je konvenčně podobný hmotnosti vody a napětí je podobné tlaku vody z kohoutku.

Ohmův zákon

Proud, napětí a odpor spolu souvisí vztahem tzv Ohmův zákon :

Pro zjednodušené pochopení Ohmova zákona můžete použít tento trojúhelník. Abyste si zapamatovali vzorec pro nalezení konkrétního množství, musíte ho zakrýt rukou. Pokud jsou zbývající otevřené hodnoty vedle sebe, pak se vzájemně vynásobí (U=IR). A pokud je jedna hodnota vyšší než druhá, pak je v tomto případě vydělíme navzájem (I=U/R nebo R=U/I)

Tento zákon platí pro úsek řetězu, který není ovlivněn vnějšími silami.

Rozeberme si problém z kontrolních a měřicích materiálů Jednotná státní zkouška (číslo 12).

Níže uvedený obrázek ukazuje schéma elektrického obvodu, ve kterém lze vodiče považovat za ideální. Určete odpor rezistoru, pokud je údaj ampérmetru 0,2 A a údaj voltmetru 8 V.

řešení:
Paralelně s rezistorem je zapojen voltmetr. Proto ukazuje napětí na rezistoru U.

Ampérmetr je zapojen do série. Proto ukazuje aktuální sílu I podél celého řetězce.

Abychom našli odpor na rezistoru, použijeme Ohmův zákon:
I=(frac), kde R – odpor rezistoru.

Vyjádřeme R a dosadíme hodnoty:
R=(frac)
R=(frac)=40 (Ohm)

Odpověď: 40

Práce a síla elektrického proudu

Vraťme se k pojmu práce. Řekli jsme, že když se náboj pohybuje po vodiči elektrické pole funguje (A):

Vyjádříme-li náboj z aktuálního pevnostního vzorce q=It, dostaneme vzorec pro výpočet práce v elektrickém poli (A) když teče stejnosměrný proud (nebo jednoduše práce proudu):

Jednotka А – J (Joule).

V každodenním životě proud funguje po dlouhou dobu, takže při určování vynaložené elektrické energie se používá jednotka měření kW*h. Kilowatt za hodinu je energie spotřebovaná zařízením o výkonu 1 kW za 1 hodinu. Když vezmeme v úvahu, že 1 hodina = 3600 s, dostaneme:

1 kW*h = 1000 W * 3600 s = 3600000 J = 3600 kJ

Pokud se práce proudu vypočítá za jednotku času, pak dostaneme DC napájení.

Moc – hodnota udávající intenzitu přenosu elektrické energie.

Jednotka P – W (Watt).

Průměrný aktuální výkon je:

Nyní víme vše o napájení a současném provozu, což znamená, že to musíme vyřešit v praxi. Navíc k takovým problémům dochází v jednotné státní zkoušce (číslo 12).

Výzva.
Jakou práci vykoná elektrický proud v motoru ventilátoru za 20 minut, je-li proud v obvodu 0,2 A a napětí 12 V?

Řešení.
Připomeňme si vzorec pro současnou práci A=U*I*t , kde U=12 V je napětí v elektromotoru, I=0,2 A je síla proudu, t=20 min=1200 s je čas.

Všechna data již známe, takže je můžeme dosadit do vzorce pro práci proudu a získat odpověď.

Odpověď: 2880 J

Výkon elektrického spotřebiče je vždy uveden v přiložené dokumentaci. Navíc je často napsán na samotném zařízení. Podívejme se doma na žehličku nebo pračku. Uvidíme, že žehlička má výkon 1000 W a běžná energeticky úsporná žárovka jen 40 W (proto je energeticky úsporná). Čím vyšší je výkon zařízení, tím více energie spotřebuje. Příklady výkonu různých zařízení jsou uvedeny na obrázku..

Joule-Lenzův zákon

Nyní spojme práci vykonanou proudem a teplem, které se uvolňuje na vodiči po určitou dobu t.

Proč se to děje?

Elektrický proud působí na vodič tepelně. Množství tepla, které se v tomto případě uvolní, bude vypočítáno podle Joule-Lenzův zákon :

Množství tepla uvolněného v průběhu času ve vodiči pod proudem je úměrné součinu druhé mocniny proudu v této sekci a odporu vodiče:

Jednotka Q – J (Joule).

Elektrická topná zařízení využívají vodiče s vysokým odporem, který zajišťuje výdej tepla v konkrétní oblasti.

Takže drát z nichrom (slitina nebokelya s chrómuohm) se používají v elektrických topných tělesech pracujících při teplotách do 1000 ℃ (například rezistory). Nichrome patří do třídy slitin s vysokým elektrickým odporem, což předurčuje jeho použití jako elektrických ohřívačů. Tato slitina se také používá ve vypalovacích a sušících pecích a různých tepelných zařízeních, například ve vysoušečích vlasů, páječkách nebo ohřívačích.

Kdo jako první zavedl do vědy pojem „elektrický proud“? Odpověď: Andre-Marie Ampère.

Ještě něco málo o elektřině.

Stejnosměrný elektrický proud se používá při provozu motorů elektrických vozidel, obvodů automobilů, elektroniky atd.
V našem těle je také elektřina. Svalové buňky srdce produkují při kontrakci elektřinu; tyto impulsy lze měřit pomocí elektrokardiogramu (EKG).
Benjamin Franklin (ano, prezident Ameriky) provedl v 18. století mnoho experimentů a vytvořil hromosvod. Je to také osoba, která vyvinula zákon zachování elektrického náboje.
V dávných dobách lidé věřili, že když blesk udeří do mohyly, znamená to, že je tam zakopaný poklad.

Podmínky

Zdroj energie – zařízení, které odděluje kladné a záporné náboje.

Síly třetích stran – síly neelektrického původu, které způsobují oddělení nábojů ve zdroji proudu.

Kontrola faktů

Síla proudu je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik náboje se přenese přes uvažovanou plochu průřezu za jednotku času: (I = frac)
Stres – skalární fyzikální veličina rovna poměru celkové práce Coulomba a vnějších sil A při pohybu kladného náboje na úseku obvodu na hodnotu tohoto náboje: (U = frac)
Odpor – fyzikální veličina charakterizující elektrické vlastnosti části obvodu: (R = frac)
Moc – hodnota udávající intenzitu přenosu elektrické energie: (P = frac)
Ohmův zákon: proudová síla v homogenním úseku obvodu je přímo úměrná napětí při konstantním odporu a nepřímo úměrná odporu úseku při konstantním napětí: (I = frac).
Joule-Lenzův zákon: množství tepla Q uvolněného za čas t ve vodiči s proudem je úměrné součinu druhé mocniny intenzity proudu I v tomto úseku a odporu R vodiče: Q = I 2 Rt.
Práce v elektrickém poli když teče stejnosměrný proud (nebo jednoduše práce proudu): A = UIt.