Закон Ома

Діаграма - Закон Ома.

На рис. показана схема знайомої вам найпростішої електронної ланцюга. Ця замкнута ланцюг складається з 3-х частин: джерела напруги - батареї GB, споживача струму - навантаження R, якої може бути, наприклад, нитка розжарення електронної лампи або резистор, і провідників, що з`єднують джерело напруги з навантаженням. Між іншим, якщо цей ланцюг доповнити вимикачем, то вийде повна схема кишенькового електронного ліхтаря.
Між іншим, якщо цей ланцюг доповнити вимикачем, то вийде повна схема кишенькового електронного 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 величезним 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 назад пропорційний його опору. Це основний закон електротехніки, званий законом Ома (на прізвище Г. Ома), для ділянки електронної ланцюга. Використовуючи закон Ома, можна по двом відомим електронним величинам з`ясувати невідому третю. Ось кілька прикладів практичного впровадження закону Ома.

1-ий приклад: На ділянці кола, що володіє опором 5 Ом, діє напруга 25 В. Потрібно з`ясувати значення струму на цій ділянці ланцюга.
Рішення: I = U / R = 25/5 = 5 А.
2-ий приклад: На ділянці кола діє напруга 12 В, створюючи в ньому струм, рівний 20 мА. Яке опір цієї ділянки ланцюга? Спочатку струм 20 мА необхідно висловити в амперах. Це буде 0,02 А. Тоді R = 12 / 0,02 = 600 Ом.

3-ий приклад: Через ділянку ланцюга опором 10 кому тече струм 20 мА. Яке напруга, що діє на цій ділянці ланцюга? Тут, як і в попередньому випадку, ток повинен бути виражений в амперах (20 мА = 0,02 А), опір в Омаха (10кОм = 10000Ом). Отже, U = IR = 0,02 х 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 сяяти при струмі 0,28 А, який обумовлюється напругою 3,5 В, Користуючись законом Ома, нескладно підрахувати, що напружена нитка лампочки має опір R = 3,5 / 0,28 = 12,5 Ом . Це, підкреслюю, опір напруженій нитки лампочки. А опір остигнула нитки істотно менше. Закон Ома справедливий не тільки для ділянки, та й для всієї електронної ланцюга. В даному випадку в значення R підставляється сумарний опір всіх частин ланцюга, в тому числі і внутрішній опір джерела струму. Але при простих розрахунках ланцюгів зазвичай нехтують опором з`єднувальних провідників і внутрішнім опором джерела струму.

У зв`язку з цим наведу черговий приклад: Напруга електроосвітлювальної мережі 220 В. Який струм потече в ланцюзі, якщо опір навантаження одно 1000Ом? Рішення: I = U / R = 220/1000 = 0,22 А. Приблизно такий струм споживає електронний паяльник.

Всіма цими формулами, що випливають із закону Ома, можна скористатися 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 просто усвідомити, якщо скористатися ось цієї графічної схемою, т. Н. трикутник закону Ома:

Скористатися цим трикутником просто, досить чітко усвідомити, що горизонтальна лінія в трикутнику означає символ ділення (за аналогією дробової риси), а вертикальна лінія в трикутнику означає символ множення.

Тепер розглянемо таке питання: як впливає на струм резистор, що включається в ланцюг послідовно з навантаженням або паралельно їй? Розберемо такий приклад. У нас є лампочка від круглого електронного, ліхтаря, розрахована на напругу 2,5 В і струм 0,075 А. Чи можна живити цю лампочку від батареї 3336Л, початкове напруга якої 4,5 В? Нескладно 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, практично в два рази перевершує той струм, на який вона розрахована. Такий перевантаження нитка не витримає, вона Перекалля і зруйнується. Але цю лампочку все таки можна живити від батареї 336Л, якщо по черзі в ланцюг включити додатковий резистор опором 25 Ом, як це показано на рис ..

В даному 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, як слід, потече струм, рівний приблизно 0,08 А, тобто майже такий же, на який розрахована нитка розжарення лампочки. Цю лампочку можна живити від батареї і з більш високим напруженням 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 цьому випадку в ланцюг було включено по черзі два опору: опір нитки лампочки і опір резистора. А при почерговому з`єднанні опорів ток схожий у всіх точках ланцюга. Можна включати амперметр в будь-яку точку ланцюга, і всюди він буде демонструвати одне значення. Це явище можна зіставити з потоком води в річці. Русло річки на різних ділянках може бути широким або вузьким, глибоким або маленьким. Але за певний проміжок часу через поперечний переріз будь-якого ділянки русла річки завжди проходить однакову кількість води.

додатковий резистор, включається в ланцюг послідовно з навантаженням (як, наприклад, на рис. вище), можна розглядати як резистор, «гасить» частина напруги, що діє 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 просто підрахувати всі з тієї ж знайомої вам формулою U = IR, Тут U - падіння напруги, В- I - струм в ланцюзі, A- R - опір додаткового резистора, Ом. Стосовно нашого прикладу резистор R (на рис.) Погасив надлишок напруги: U = IR = 0,08 х 25 = 2 В. Решта напруга батареї, рівне приблизно 2,5 В, звалилося на нитки лампочки. Потрібне опір резистора можна відшукати по інший знайомої вам формулою R = U / I, де R - шукане опір додаткового резистора, Ом U-напруга, яке потрібно погасити, В- I - струм в ланцюзі, А. Для нашого 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, і таким чином регулювати струм в ланцюзі. Але додатковий резистор R в такого ланцюга може бути змінним, тобто резистором, опір якого можна змінювати (див. рис. нижче).

В даному випадку за допомогою движка резистора можна плавно змінювати напругу, що підводиться до навантаження Н, а означає, плавно регулювати струм, що протікає через це навантаження. Включений таким чином змінний резистор називають реостатом, За допомогою реостатів регулюють струми в ланцюгах приймачів, телевізорів і підсилювачів. У майже всіх кінозалах реостати використовували для плавного гасіння світла в залі для глядачів. Є, але, і інший метод підключення навантаження до джерела струму з гаком напругою - теж за допомогою змінного резистора, але включеного потенціометром, тобто дільником напруги, як показано на рис ..

Тут R1 - резистор, включений потенціометром, a R2 - навантаження, якої може бути та ж лампочка розжарювання або який - то 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 останньому нижньому положенні, до навантаження напруга взагалі не подається (якщо це лампочка, вона палати не буде). У міру переміщення движка резистора вгору ми будемо подавати дедалі більшого напруження до навантаження R2 (якщо це лампочка, її нитка буде розжарюються). Коли ж движок резистора R1 виявиться в останньому верхньому положенні, до навантаження R2 буде подано всю напругу джерела струму (якщо R2 - лампочка кишенькового ліхтаря, а напруга джерела струму величезна, нитка лампочки перегорить). Можна дослідним шляхом знайти таке положення движка змінного резистора, при якому до навантаження буде подано потрібне їй напруга. Змінні резистори, що включаються потенціометрами, широко використовують для регулювання гучності в приймачах і підсилювачах. Резистор може бути конкретно підключений паралельно навантаженні. В такому випадку струм на цій ділянці ланцюга розгалужується і йде 2-мя паралельними способами: через додатковий резистор і основне навантаження. Більший струм буде в гілки з мінімальним опором. Сума ж струмів обох гілок буде дорівнює току, що використовується на харчування зовнішньої ланцюга. До паралельному з`єднанню вдаються в тих Випадки, коли потрібно обмежити струм не у всьому ланцюгу, як при почерговому включенні додаткового резистора, а лише на якому - то ділянці. Додаткові резистори підключають, наприклад, паралельно міліамперметр, щоб ними можна було визначати величезні струми. Такі резистори називають шунтирующими або шунтами. Слово шунт означає відгалуження.