Итак, ребята, давайте предположим, что вы собрали свою первую схему. Вы знаете величину тока, которую компонент схемы может выдержать, не выходя из строя, и напряжение, выдаваемое источником питания. Следовательно, вам нужно рассчитать сопротивление, которое не позволит току в цепи превысить пороговое значение.
В начале 1800-х годов Георг Ом опубликовал уравнение, названное впоследствии законом Ома, которое позволяет выполнить такой расчет. Закон Ома гласит: напряжение равняется произведению тока на сопротивление, или (в стандартной математической записи):
U = I x R
Выводы из закона Ома
Помните ли вы из школы основы алгебры? Давайте еще раз вспомним вместе: если в уравнении с тремя величинами известны две, то достаточно легко рассчитать третью неизвестную величину. Закон Ома основывается именно на таком уравнении; члены уравнения можно переставлять как угодно, но зная любые два, всегда можно вычислить третий. Например, можно сказать, что ток является частным от деления напряжения на сопротивление:
I = U / R
Наконец, можно рассчитать сопротивление при известных токе и напряжении, переставив члены того же уравнения:
R = U / I
Итак, пока вроде бы все ясно. Теперь давайте попробуем проверить наши знания на практике: пусть есть схема, питающаяся от 12-вольтовой батареи, и электрическая лампа (скажем, большой фонарик). Перед установкой лампочки в фонарик вы измерили сопротивление схемы мультиметром и нашли, что оно равно 9 Ом. Вот формула для расчета электрического тока по закону Ома:
I = U / R = 12 вольт / 9 Ом = 1,3 A
Ну, а что, если вы обнаружили, что лампочка светит чересчур уж ярко? Яркость можно изменить, уменьшив ток, т.е. просто добавив в схему резистор. Изначально мы имели сопротивление схемы 9 Ом; добавив 5-омный резистор в схему, мы повысим ее сопротивление до 14 Ом. В этом случае ток будет равен:
I = U / R = 12 вольт / 14 Ом = 0,9 А
Расчеты с применением больших и малых величин
Предположим, что у вас есть схема с небольшой сиреной, которая имеет сопротивление 2 килоома, а также 12-вольтовая батарея. Для того чтобы рассчитать ток, вам нужно выразить сопротивление цепи не в килоомах, а в базовых единицах — омах, не используя приставку “кило”. В нашем случае это значит, что нужно разделить напряжение на 2000 Ом:
I = U / R = 12 вольт / 2000 Ом = 0,006 A
В результате мы получили ток, записанный как доля 1 А. После окончания расчета будет удобнее вновь использовать префикс, чтобы дать ответ в более лаконичном виде: 0,006 А = 6 мА
Подводя итоги, можно сказать: для проведения расчетов необходимо все исходные величины преобразовать к базовым единицам счисления.
Мощность и закон Ома
Георг Ом (вот уж поистине, наш пострел везде поспел!) также нашел выражение для мощности, вычисляемое при известных напряжении и токе:
Р = U х I; или Мощность = напряжение умноженное на силу тока.
Это уравнение можно использовать для расчета мощности, потребляемой сиреной из предыдущего примера:
Р = 12 В х 0,006 А = 0,072 Вт, или 72 мВт.
Ладно, а что же делать, если напряжение на сирене нам не известно? Вы можете заняться простейшим преобразованием формулы для мощности, используя школьные знания (а вы-то думали, что зря протираете штаны на уроках физики!). Поскольку U = I х R, можно подставить это выражение в формулу для мощности, получив
Р = I2 х R; или Мощность = сила тока в квадрате умноженная на сопротивление.
Вы также можете использовать алгебраические преобразования, чтобы самостоятельно прикинуть, как можно рассчитать сопротивление, напряжение или ток, зная мощность и любой другой из этих же параметров.
Закон был выведен Георгом Омом и основан на взаимосвязи напряжения, тока и сопротивления:
Рис. 1. Иллюстрация связи сопротивления (Ohm), тока (Amp) и напряжения (Volt)
Посмотрите на рисунок выше и посмотрите, имеет ли для вас смысл:
- Если вы увеличиваете напряжение в цепи, при неизменном сопротивлении, вы получаете больше тока.
- Если вы увеличиваете сопротивление в цепи, в то время как напряжение остается тем же, вы получаете меньший ток.
Закон Ома - это способ описания взаимосвязи между напряжением, сопротивлением и током с использованием математики: V = R*I, где
- V - напряжение;
- I - ток;
- R - является символом сопротивления.
Вы видоизменить формулу и получить R = V / I или I = V / R. Пока у вас есть две переменные, вы можете вычислить последнюю.
Закон треугольника ОмаВы можете использовать этот треугольник, чтобы запомнить закон Ома:
Рис. 2. Треугольник закона Ома
Как использовать это:
Используйте свою руку, чтобы покрыть переменную, которое вы хотите найти. Если оставшиеся буквы расположены друг над другом, это значит, разделить верхнюю с нижней. Если они рядом друг с другом, это значит, умножить одно на другое.
Пример: нужно найти напряжение
Рис. 3. Закрываем рукой напряжение
Закрываем V в треугольнике, затем смотрим на R и I. I и R рядом друг с другом (на одной горизонтальной линии), поэтому вам нужно их умножить. Это означает, что вы получите:
V = I * R
Все просто!
Пример: Нужно найти сопротивление
Рис. 4. Закрываем сопротивление
Положите руку на R. Затем вы увидите, что V над I. Это означает, что вы должны разделить V на I:
R = V / I
Пример: нужно найти силу тока
Рис. 5. Закрываем ток
Поместите руку над I. Затем вы увидите V над R, что означает деление V на R:
I = V / R
Практические примеры использования закона ОмаПример 1
Лучший способ научить его использовать на своем примере.
Ниже приведена очень простая схема с аккумулятором и резистором. Аккумулятор представляет собой источник напряжения на 12 вольт, а сопротивление резистора составляет 600 Ом. Сколько тока протекает по цепи?
Рис. 6. Пример 1
Чтобы найти величину тока, вы можете использовать треугольник выше к формуле для тока: I = V / R. Теперь вы можете рассчитать ток, используя напряжение и сопротивление:
I = 12 В / 600 Ом
I = 0,02 А = 20 мА (миллиампер)
Таким образом, ток в цепи составляет 20 мА.
Пример 2
Давайте попробуем другой пример.
Ниже у нас есть схема с резистором и аккумулятором снова. Но на этот раз мы не знаем напряжение батареи. Вместо этого мы представляем, что мы измерили ток в цепи и обнаружили, что он составляет 3 мА (миллиампер).
Рис. 7. Пример 2
Сопротивление резистора составляет 600 Ом. Какое напряжение батареи? Используя треугольник Ома (рис. 3) получаем:
V = RI
V = 600 Ом * 3 мА
V = 1,8 В
Поэтому напряжение аккумулятора должно быть 1,8 В.
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ на ОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ КТ315Б Часть N1 -"Генератор"
(5)
n0namer1337
,
21.10.2020
-
Дроссели и трансформаторы
(1)
prikol602
,
28.09.2020
-
Советы педагога
(3)
vladmiza
,
28.09.2020
-
Самоиндукция (видео)
(6)
vladmiza
,
27.09.2020
-
Железная дорога - зона повышенной опасности
(1)
vladmiza
,
27.09.2020
20240529054330