"04" декабря 2021 г.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Поскольку электрический ток возникает только в замкнутой цепи, то рассмотрение закона Ома мы начнем применительно к ней.

Если говорить простыми словами, то замкнутая электрическая цепь представляет собой контур, выйдя из одной точки которого можно вернуться в нее, пройдя по каждому участку только один раз.

Рассматривать будем постоянный ток, поскольку в электронике он применяется чаще всего (для питания радиоэлементов, создания смещений, опорных напряжений и пр.).

Переменные же токи присутствуют в качестве аналоговых сигналов и для расчета сигнальных цепей закон Ома, во всяком случае в такой простой форме, не используется.

Сказанное поясняет рисунок 1.

Проходим последовательно по точкам 1-2-3-4-5-1. Цепь замкнутая.

В ней мы имеем:

• источник ЭДС ( ℰ);
• участки с различными сопротивлениями (R1, R2, R3);
• точки с потенциалами φ1, φ2, φ3, φ4, φ5.

Кстати, я не буду в этой статье ограничиваться рассмотрением исключительно закона Ома, а постараюсь дать основные понятия об электрической цепи и процессах в ней происходящих.

Если подходить с точки зрения физики, то потенциал – это характеристика электрического поля, определяющая работу сил, которое это поле совершает при перемещении зарядов.

Прочитали? Не берите в голову.

Мы будем рассматривать потенциал как электрическое напряжение в какой либо точке цепи относительно другой точки, например, 5. Примем ее за "0" и вернемся к этому несколько позже.

Для расчетов в электронике пользуются не значениями потенциалов, а их разностью. И вот разность потенциалов называют напряжением (U).

Например, φ1-φ2=U1, а φ1-φ5=U. А поскольку точку 5 мы приняли за ноль, то напряжение в точке 1 будет φ1=U, то есть равно напряжению нашего источника питания в простом и привычном для нас смысле. Пусть это будет батарейка 1,5 В.

Теперь вернемся к закону Ома. Для замкнутой цепи он будет иметь вид: I=U/(Rвн+R).

Здесь:

• I – ток в цепи
• U – напряжение источника питания (ЭДС);
• Rвн – внутреннее сопротивление источника тока;
• R=R1+R2+R3 – сопротивление нашей цепи.

Запоминаем два важных момента:

1. Ток во всех участках последовательной цепи одинаков (IR1=IR2=IR3=I).

2. Направление тока условно принято считать от "+" к "-", за исключением источника тока. Там он движется наоборот, потому как его "перекачивают" внешние силы: химические реакции для батарейки, механические для генераторов и пр. Ибо иначе, откуда же току браться:)?

Идем дальше.

Между прочим, мы получили формулу закона Ома для участка цепи. Например, если на нашем рисунке мы возьмем, например, участок между точками 2 и 3, то можно записать: I=U2/R2.

Производные формулы из основного закона имеют вид:

• U=I*R;
• R=U/I.

Перед завершением давайте вернемся к формуле для полной (замкнутой) цепи и посмотрим что получится, если замкнуть выводы источника накоротко: I=U/Rвн, то есть мы получим ток короткого замыкания и он не будет равен бесконечности.

Например, для батарейки "Крона" внутреннее сопротивление, как подсказывает Гугл, составляет 34 ом. Соответственно Iкз=9В/34ом=0.265А или 265 мА.

Вывод, ни при каких условиях бо́льшего тока мы от нее не получим. Кстати, в таком предельном или близком к нему режиме батарейка долго не проработает.

Что касается практического применения рассмотренного материала и формул – можете посмотреть как они используются для расчета питания камер видеонаблюдения.