Закон Ома — это формула, которая используется для расчета соотношения между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.
Для студентов, которые изучают электронику, закон Ома (E = IR) так же важен, как уравнение относительности Эйнштейна (E = mc²) для физиков.
E = I x R
Иными словами, напряжение равно произведению силы тока и сопротивления ( В = A × Ом).
Закон Ома назван в честь немецкого физика Георга Ома (1789–1854 гг.). Этот закон учитывает ключевые количественные характеристики цепей:
| Величина | Обозначение в законе Ома | Единица измерения (сокращение) | Роль в цепях | Если вам интересно: |
|---|---|---|---|---|
| Напряжение | E | вольт (В) | Давление, которое запускает поток электронов | E = электродвижущая сила (традиционный термин) |
| Сила тока | I | ампер (A) | Скорость потока электронов | I = интенсивность |
| Сопротивление | R | Ом (Ω) | Препятствует потоку электронов | Ω = греческая буква омега |
Если известны два из этих значений, технические специалисты могут рассчитать третье значение на основе закона Ома. Для этого достаточно изменить пирамиду следующим образом:
Если известно напряжение (E) и сила тока (I) и нужно узнать сопротивление (R), вычеркните R в пирамиде и решите полученное уравнение (см. выше первую — крайнюю левую — пирамиду).
Примечание. Измерение сопротивления в работающей цепи невозможно, поэтому закон Ома особенно полезен при расчете сопротивления. Вместо отключения цепи для измерения сопротивления технический специалист может определить величину R с помощью закона Ома.
Если известны напряжение (E) и сопротивление (R), вы можете рассчитать силу тока (I). Для этого вычеркните символ I в пирамиде и решите полученное уравнение (см. среднюю пирамиду выше).
Если известны сила тока (I) и сопротивления (R), вы можете рассчитать напряжение (E). Для этого перемножьте значения в основании пирамиды (см. выше третью — крайнюю правую — пирамиду).
Попробуйте выполнить несколько расчетов для простой последовательной цепи, в которой есть только один источник напряжения (батарея) и сопротивление (лампочка). В каждом примере известны два значения. Используйте закон Ома для расчета третьей величины.
Пример 1. Известны напряжение (E) и сопротивление (R).
Чему равна сила тока в цепи?
I = E/R = 12 В / 6 Ом = 2 А
Пример 2. Известны напряжение (E) и сила тока (I).
Чему равно сопротивление лампочки?
R = E/I = 24 В / 6 А = 4 Ом
Пример 3. Известны сила тока (I) и сопротивление (R). Чему равно напряжение?
Чему равно напряжение в цепи?
E = I x R = (5 A)(8 Ом) = 40 В
Ом опубликовал полученную формулу в 1827 году. Согласно этой формуле, количество электрического тока, проходящего через проводник, прямо пропорционально воздействующему напряжению. Иными словами, чтобы ток силой один ампер мог преодолеть сопротивление 1 Ом, требуется напряжение в 1 В.
Для чего используется закон Ома?
Закон Ома можно использовать для проверки статических характеристик компонентов в цепи и источников напряжения, а также значений тока и падений напряжения. Например, если измерительный прибор обнаруживает силу тока, превышающую нормальное значение, это может означать, что уменьшилось сопротивление либо повысилось напряжение. Это может указывать на неисправность цепи или источника питания.
В цепях постоянного тока падение силы тока ниже нормального значения может означать, что понизилось напряжение либо повысилось сопротивление цепи. Причинами повышения сопротивления могут быть плохие или ослабленные соединения, коррозия и/или повреждение компонентов.
Нагрузки в цепи потребляют электрический ток. Нагрузкой может быть любой компонент: небольшие электрические устройства, компьютеры, бытовые приборы или большие двигатели. Большинство этих компонентов (нагрузок) оснащены паспортной табличкой или информационной наклейкой. Паспортные таблички содержат информацию о сертификации безопасности и различные идентификационные номера.
По паспортным табличкам на компонентах технические специалисты определяют стандартные значения напряжения и силы тока. Если во время проверки цифровые мультиметры или токоизмерительные клещи не регистрируют стандартные значения, технические специалисты могут использовать закон Ома для выявления элемента цепи, который привел к неисправности.
Основная информация об электрических цепях
Цепи, как и все материальные объекты, состоят из атомов. Атомы состоят из субатомных частиц:
- Протонов (с положительным электрическим зарядом)
- Нейтронов (без заряда)
- Электронов (с отрицательным электрическим зарядом)
Атомы удерживаются силами притяжения между ядром атома и электронами на внешней оболочке. Под воздействием напряжения атомы в цепи начинают перестраиваться, а их частицы создают потенциал притяжения, который называется разницей потенциалов. Взаимно притягиваемые свободные электроны движутся по направлению к протонам, создавая поток электронов (ток). Любой материал в цепи, ограничивающий этот поток, рассматривается как источник сопротивления.
Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.