Закон ома

На малюнку показана схема знайомої вам найпростішого електричного кола. Ця замкнута ланцюг складається з трьох елементів:

• джерела напруги - батареї GB;
• споживача струму - навантаження R, якої може бути, наприклад, нитка розжарення електричної лампи або резистор;
• провідників, що зєднують джерело напруги з навантаженням.

Між іншим, якщо цей ланцюг доповнити вимикачем, вийде повна схема кишенькового електричного ліхтаря. Навантаження R, що володіє певним опором, є ділянкою ланцюга.

Значення струму на цій ділянці ланцюга залежить від чинного на ньому напруги і його опору: чим більше напруга і менше опір, тим більшим струм буде йти по ділянці ланцюга.

Ця залежність струму від напруги і опору виражається наступною формулою:

I = U / R, де

• I - струм, виражений в амперах, А;
• U - напруга в вольтах, В;
• R - опір в Омасі, Ом.

Читається це математичний вираз так: ток на ділянці ланцюга прямо пропорційний напрузі на ньому і обернено пропорційний його опору. Це основний закон електротехніки, іменований законом Ома (на прізвище Г. Ома) для ділянки електричного кола. Використовуючи закон Ома, можна по двом відомим електричним величинам дізнатися невідому третю. Ось кілька прикладів практичного застосування закону Ома:

1. Перший приклад. На ділянці кола, що володіє опором 5 Ом, діє напруга 25 В. Треба дізнатися значення струму на цій ділянці ланцюга. Рішення: I = U / R = 25/5 = 5 А.
2. Другий приклад. На ділянці кола діє напруга 12 В, створюючи в ньому струм, рівний 20 мА. Яке опір цієї ділянки ланцюга? Перш за все ток 20 мА потрібно висловити в амперах. Це буде 0,02 А. Тоді R = 12 / 0,02 = 600 Ом.
3. Третій приклад. Через ділянку ланцюга опором 10 кому тече струм 20 мА. Яке напруга, що діє на цій ділянці ланцюга? Тут, як і в попередньому прикладі, ток повинен бути виражений в амперах (20 мА = 0,02 А), опір в Омасі (10 кОм = 10000 Ом). Отже, U = IR = 0,02 10000 = 200 В.

На цоколі лампи розжарювання плоского кишенькового ліхтаря виштампуваними: 0,28 А і 3,5 В. Про що говорять ці відомості? Про те, що лампочка буде нормально світитися при струмі 0,28 А, який обумовлюється напругою 3,5 В. Користуючись законом Ома, неважко підрахувати, що напружена нитка лампочки має опір R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом .

Це опір саме напруженій нитки лампочки, опір остигнула нитки значно менше. Закон Ома справедливий не тільки для ділянки, але і для всієї електричної ланцюга. У цьому випадку в значення R підставляється сумарний опір всіх елементів ланцюга, в тому числі і внутрішній опір джерела струму. Однак при найпростіших розрахунках ланцюгів зазвичай нехтують опором зєднувальних провідників і внутрішнім опором джерела струму.

У звязку з цим потрібно привести ще один приклад: напруга електроосвітлювальної мережі 220 В. Який струм потече в ланцюзі, якщо опір навантаження дорівнює 1000 Ом? Рішення: I = U / R = 220/1000 = 0,22 А. Приблизно такий струм споживає електричний паяльник.

Всіма цими формулами, що випливають із закону Ома, можна користуватися і для розрахунку ланцюгів змінного струму, але за умови, якщо в ланцюгах немає котушок індуктивності і конденсаторів.

Закон Ома і похідні від нього розрахункові формули досить легко запамятати, якщо користуватися ось цієї графічної схемою, це так званий трикутник закону Ома.

Користуватися цим трикутником легко, досить чітко запамятати, що горизонтальна лінія в ньому означає знак ділення (за аналогією дробової риси), а вертикальна лінія означає знак множення.

Тепер слід розглянути таке питання: як впливає на струм резистор, що включається в ланцюг послідовно з навантаженням або паралельно їй? Краще розібрати це на прикладі. Є лампочка від круглого електричного, ліхтаря, розрахована на напругу 2,5 В і струм 0,075 А. Чи можна живити цю лампочку від батареї 3336Л, початкова напруга якої 4,5 В?

Неважко підрахувати, що напружена нитка цієї лампочки має опір трохи більше 30 Ом. Якщо ж живити її від свіжої батареї 3336Л, то через нитку розжарення лампочки, за законом Ома, піде струм, майже вдвічі перевищує той струм, на який вона розрахована. Такий перевантаження нитка не витримає, вона Перекалля і зруйнується. Але цю лампочку все ж можна живити від батареї 336Л, якщо послідовно в ланцюг включити додатковий резистор опором 25 Ом.

В цьому випадку загальний опір зовнішньої ланцюга дорівнюватиме приблизно 55 Ом, тобто 30 Ом - опір нитки лампочки Н плюс 25 Ом - опір додаткового резистора R. У ланцюзі, отже, потече струм, рівний приблизно 0,08 А, тобто майже такий ж, на який розрахована нитка розжарення лампочки.

Цю лампочку можна живити від батареї і з більш високою напругою і навіть від електроосвітлювальної мережі, якщо підібрати резистор відповідного опору. У цьому прикладі додатковий резистор обмежує струм в ланцюзі до потрібного нам значення. Чим більше буде його опір, тим менше буде і струм в ланцюзі. В даному випадку в ланцюг було включено послідовно два опору: опір нитки лампочки і опір резистора. А при послідовному зєднанні опорів ток однаковий у всіх точках ланцюга.

Можна включати амперметр в будь-яку точку, і всюди він буде показувати одне значення. Це явище можна порівняти з потоком води в річці. Русло річки на різних ділянках може бути широким або вузьким, глибоким або дрібним. Однак за певний проміжок часу через поперечний переріз будь-якої ділянки русла річки завжди проходить однакову кількість води.

Додатковий резистор, що включається в ланцюг послідовно з навантаженням, можна розглядати як резистор, «гасить» частину напруги, може діяти в ланцюзі. Напруга, яке гаситься додатковим резистором або, як кажуть, падає на ньому, буде тим більшим, чим більше опір цього резистора. Знаючи струм і опір додаткового резистора, падіння напруги на ньому легко підрахувати все з тієї ж знайомої вам формулою U = IR, тут:

• U - падіння напруги, В;
• I - струм в ланцюзі, A;
• R - опір додаткового резистора, Ом.

Стосовно наприклад резистор R (див. Рис.) Погасив надлишок напруги: U = IR = 0,08 25 = 2 В. Решта напруга батареї, рівну приблизно 2,5 В, впало на нитки лампочки. Необхідна опір резистора можна знайти за іншою знайомої вам формулою R = U / I, де:

• R - шуканий опір додаткового резистора, Ом;
• U - напруга, яке необхідно погасити, В;
• I - струм в ланцюзі, А.

Для розглянутого прикладу опір додаткового резистора одно: R = U / I = 2 / 0,075, 27 Ом. Змінюючи опір, можна зменшувати або збільшувати напругу, яка падає на додатковому резисторі, таким чином регулюючи струм в ланцюзі. Але додатковий резистор R в такому колі може бути змінним, тобто резистором, опір якого можна змінювати (див. Рис. Нижче).

Регулювання струму в ланцюзі за допомогою змінного резистора.

У цьому випадку за допомогою движка резистора можна плавно змінювати напругу, що підводиться до навантаження Н, а значить, плавно регулювати струм, що протікає через це навантаження. Включений таким чином змінний резистор називають реостатом. За допомогою реостатів регулюють струми в ланцюгах приймачів, телевізорів та підсилювачів. У багатьох кінотеатрах реостати використовували для плавного гасіння світла в залі для глядачів. Є й інший спосіб підключення навантаження до джерела струму з надмірною напругою - теж за допомогою змінного резистора, але включеного потенціометром, тобто дільником напруги, як показано на малюнку нижче.

Регулювання напруги на навантаженні R2 за допомогою змінного резистора включеного в електричний ланцюг потенціометром.

Тут R1 - резистор, включений потенціометром, a R2 - навантаження, якої може бути та ж лампочка розжарювання або якийсь інший прилад. На резисторі R1 відбувається падіння напруги джерела струму, яке частково або повністю може бути подано до навантаження R2. Коли движок резистора знаходиться в крайньому нижньому положенні, до навантаження напруга взагалі не подається (якщо це лампочка, вона горіти не буде).

У міру переміщення движка резистора вгору ми будемо подавати всі більшу напругу до навантаження R2 (якщо це лампочка, її нитка буде розжарюються). Коли ж движок резистора R1 виявиться в крайньому верхньому положенні, до навантаження R2 буде подано всю напругу джерела струму (якщо R2 - лампочка кишенькового ліхтаря, а напруга джерела струму велике, нитка лампочки перегорить). Можна дослідним шляхом знайти таке положення движка змінного резистора, при якому до навантаження буде подано необхідне їй напруга.

Змінні резистори, що включаються потенціометрами, широко використовують для регулювання гучності в приймачах і підсилювачах. Резистор може бути безпосередньо підключений паралельно навантаженні. В такому випадку струм на цій ділянці ланцюга розгалужується і йде двома паралельними шляхами: через додатковий резистор і основне навантаження. Найбільший струм буде в гілки з найменшим опором.

Сума ж струмів обох гілок буде дорівнює току, що витрачається на харчування зовнішньої ланцюга. До паралельному зєднанню вдаються в тих Випадки, коли треба обмежити струм не у всьому ланцюгу, як при послідовному включенні додаткового резистора, а тільки на якійсь ділянці. Додаткові резистори підключають, наприклад, паралельно міліамперметр, щоб ними можна було вимірювати великі струми. Такі резистори називають шунтирующими або шунтами. Слово шунт означає відгалуження.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!