Электрический ток и опасное напряжение не слышны (кроме шума высоковольтных линий и электроустановок). Никакой разницы во внешнем виде частей, находящихся под напряжением, нет.
Их невозможно определить по запаху, и в обычном режиме работы они не отличаются при высоких температурах. Но когда мы включаем пылесос в тихую розетку и включаем выключатель, энергия словно появляется из воздуха, проявляясь в виде шума и сжатия внутри бытового прибора.
Опять же, если мы вставим два гвоздя в гнездо розетки и подержим их, мы буквально всем телом почувствуем реальность и объективность присутствия электричества. Конечно, это категорически не рекомендуется.
Но пример с пылесосом и гвоздями ясно показывает нам, что изучение и понимание основных законов электротехники может способствовать более безопасному использованию электричества в домашних условиях и устранить суеверные предубеждения, связанные с током и напряжением.
Итак, давайте взглянем на один из самых ценных законов электротехники, который стоит знать. Мы постараемся сделать это в самой популярной форме.
Содержание статьи
- Открытие закона Ома
- Дифференциальная форма закона Ома
- Интегральная форма закона Ома для участка цепи
- Закон Ома для переменного тока
- Интегральная форма полной схемы
- Интегральная форма закона Ома для участков цепей, содержащих источники ЭДС
- Когда закон Ома не действует
Открытие закона Ома
В 1827 году немецкий физик Георг Симон Ом сформулировал закон, касающийся величины электрического тока, электродвижущей силы батареи и сопротивления простой цепи, состоящей из батареи и ее разнородных полюсов проводника, соединенных последовательно. Кроме того, он обнаружил, что разные вещества обладают разным сопротивлением электрическому току.
Опытами Ом доказал, что в последовательной цепи, составленной из нескольких участков проводников с разным сопротивлением, ток в каждом участке одинаков, но разность потенциалов на обоих концах проводника различна, что Ом называет «падением напряжения".
В обычных несверхпроводящих металлических проводниках действует закон Ома. Для частей проводника, не содержащих источника электродвижущей силы (гальванические элементы, батареи, генераторы, термопары, источники фотоэдс и т д.), закон Ома гласит, что сила тока пропорциональна разности потенциалов на участке. Масштабный коэффициент называется сопротивлением.
Первая запись о законе Ома в лабораторной книге Георга Симона Ома сегодня хранится в архивах Немецкого музея в Мюнхене:
Открытие закона Ома представляет собой важнейший этап в изучении электрических и магнитных явлений и имеет большое практическое значение. Позднее открытие закона Ома и законов Кирхгофа впервые сделало возможным расчет цепей и легло в основу развивающейся электротехники.
Виды закона Ома
1. Дифференциальная форма закона Ома
Важнейшим законом электротехники является, конечно же, закон Ома. Даже люди, не имеющие никакого отношения к электротехнике, знают, что он существует. Но в то же время вопрос «Знаете ли вы закон Ома?» В технических вузах это ловушка для самодовольных и заносчивых студентов. Конечно, товарищ ответил, что он очень хорошо знает закон Ома, и тогда к нему обратились и попросили дать его в дифференциальной форме. Оказывается, старшеклассникам или первокурсникам предстоит многому научиться.
Однако дифференциальная форма закона Ома редко применяется на практике. Он отражает связь между плотностью тока и напряженностью поля:
Где G – проводимость цепи E – сила тока.
Все это попытки выразить электрический ток, принимая во внимание только физические свойства материала проводника, а не его геометрические параметры (длину, диаметр и т д.). Дифференциальная форма закона Ома — это чистая теория; ее нет необходимости понимать в повседневной жизни.
2. Интегральная форма закона Ома для участка цепи
Другое дело – целостная форма знака. Он также бывает нескольких разновидностей. Одним из самых популярных является закон Ома для электрической цепи: I=U/R
Другими словами, ток в определенной части цепи всегда выше, и чем больше напряжение, приложенное к этой части, тем меньше сопротивление этой части.
Этот «вид» закона Ома необходимо запомнить каждому, кому хоть иногда приходится иметь дело с электричеством. К счастью, зависимости очень просты. Ведь напряжение в сети можно считать постоянным.
Читайте также статью: Сайты для ссылок продвижения сайта
Напряжение в розетке 220 вольт. Вот и получается, что ток в цепи зависит только от сопротивления цепи, подключенной к розетке. Так что мораль проста: это сопротивление необходимо контролировать.
Явление короткого замыкания, о котором часто слышит каждый, возникает именно из-за низкого сопротивления внешней цепи. Предположим, что фазный и нейтральный провода напрямую соединены друг с другом из-за неправильного подключения проводов в ответвительной коробке. Тогда сопротивление части цепи резко уменьшится почти до нуля, а ток также резко увеличится до очень большой величины.
Если электропроводка правильная, автоматический выключатель сработает, но если нет, или если проводка неправильная или неправильно выбрана, провода не смогут выдержать повышенный ток, нагреются, расплавятся и потенциально могут вызвать пожар.
Однако иногда короткое замыкание может произойти после того, как устройство было подключено к сети и использовалось более часа. Типичный пример — вентилятор, обмотки двигателя которого перегреваются из-за застрявших лопастей.
Изоляция обмоток двигателя не рассчитана на сильный нагрев и быстро придет в негодность; В результате происходит межвитковое короткое замыкание, которое уменьшает сопротивление и, согласно закону Ома, также приводит к увеличению тока.
Повышенный ток в свою очередь приводит изоляцию обмотки в полную негодность и вместо витка на виток происходит настоящее полное короткое замыкание. Помимо протекания по обмоткам, ток также течет непосредственно от фазного проводника к нейтральному проводнику. Ведь всего вышеперечисленного можно добиться только с помощью очень простого и дешевого вентилятора, не оснащенного термозащитой.
Шпаргалка по закону Ома для цепи:
Закон Ома для переменного тока
Следует отметить, что приведенные выше обозначения закона Ома описывают участок цепи с постоянным напряжением. В сети переменного напряжения имеется дополнительное реактивное сопротивление, и полное сопротивление принимается как квадратный корень из суммы квадратов активных реактивных сопротивлений.
Закон Ома для части цепи переменного тока принимает следующий вид: I=U/Z,
Где Z – полное сопротивление цепи.
Но высокое реактивное сопротивление в первую очередь характерно для мощных электродвигателей и преобразовательной техники. Внутреннее сопротивление бытовой техники и светильников практически полностью активное. Поэтому в повседневной жизни при расчетах можно использовать самый простой вариант записи закона Ома: I=U/R.
3. Интегральная форма полной схемы
Видео: КАК ПОНЯТЬ ЗАКОН ОМА | ОБЪЯСНЯЮ НА ПАЛЬЦАХ
Поскольку одна часть цепи имеет форму записанного закона, закон Ома существует и для всей цепи: I=E/(r+R).
здесь r — внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы сети, а R — полное сопротивление самой цепи.
Вам не нужно усердно искать физическую модель, чтобы проиллюстрировать этот подвид закона Ома — это бортовая электрическая сеть автомобиля, где аккумулятор является источником ЭДС.
Сопротивление батареи нельзя считать равным абсолютному нулю, поэтому даже при прямом замыкании между ее выводами (без резистора R) ток увеличится не до бесконечности, а только до большого значения.
Однако этого высокого значения, безусловно, достаточно, чтобы привести к плавлению проводов и возгоранию салона автомобиля. Поэтому предохранители используются для защиты цепей автомобиля от коротких замыканий.
Этой защиты может оказаться недостаточно, если произойдет короткое замыкание в блоке предохранителей относительно аккумулятора или если один из предохранителей будет заменен медным проводом. Тогда спасение одно – нужно как можно быстрее полностью отключить цепь, сняв «землю», т е минусовую клемму.
4. Интегральная форма закона Ома для участков цепей, содержащих источники ЭДС
Следует также упомянуть, что существует еще один вариант закона Ома – для участков цепей, содержащих источники ЭДС:
Здесь U — разность потенциалов в начале и конце рассматриваемого участка цепи. Знак величины ЭДС зависит от ее направления относительно напряжения.
Когда часть цепи не может быть детально изучена и не представляет для нас интереса, часто приходится использовать закон Ома для части цепи при определении ее параметров.
Предполагается, что он скрыт цельной частью корпуса. Остальная часть схемы содержит источники ЭДС и компоненты с известными сопротивлениями. Затем ток можно рассчитать, измерив напряжение на входе неизвестного участка цепи, а затем сопротивление неизвестного компонента.
Когда закон Ома не действует
Закон Ома не является универсальной зависимостью между током и напряжением. Для металлов (в несверхпроводящем состоянии) закон Ома применяется при очень высоких плотностях тока. Для полупроводников и газов соотношение между током и напряжением наблюдается только при низких напряжениях.
Даже при малых напряжениях ток горячих электронов в вакууме не подчиняется закону Ома – в этом случае сила тока пропорциональна U 3/2. В вольтовой дуге с увеличением тока напряжение уменьшается (характеристика падения напряжения), поэтому закон Ома несомненно выполняется.
Однако даже в том случае, когда закон Ома не выполняется, можно записать выражение I=U/R. Тогда оно служит определением сопротивления R = U/I. Если сопротивление не зависит от величины тока, то действует закон Ома. Если при изменении тока изменяется само сопротивление (например, сопротивление газа при газовом разряде), то пропорциональной зависимости между напряжением и током нет, поэтому закона Ома не существует.
в заключение
Итак, мы видим, что «простой» закон Ома не так прост, как думают некоторые. Понимая интегральную запись всех форм закона Ома, вы сможете понять и легко запомнить многие требования электробезопасности и обрести уверенность в обращении с электроэнергией.
- Как правильно сращивать и разветвлять провода с помощью скрутки
- Почему электрики не всегда трепетно относятся к электронике. Часть 2: Как изучить электронику
- Почему электрики не всегда добры к электронике
Надеюсь, эта статья была вам полезна. Смотрите также другие статьи в категории Электроэнергия в быту и работе » Помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш Telegram-канал: Бытовая техника
Здесь можно оставлять комментарии, задавать вопросы и общаться:
Обсудить электротехнические темы
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Читайте также статью: Как правильно клеить декоративный гипс, бетон и керамический камень на стены
Комментарии
Отправить комментарий