Công thức tính hiệu điện thế trên một đoạn mạch. Định luật Ohm đối với một đoạn mạch phát biểu: dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở

Phụ thuộc vào cường độ tác dụng của dòng điện lên dây dẫn, có thể là tác dụng nhiệt, hóa học hoặc từ tính của dòng điện. Nghĩa là, bằng cách điều chỉnh cường độ dòng điện, bạn có thể kiểm soát tác dụng của nó. Ngược lại, dòng điện là chuyển động có trật tự của các hạt dưới tác dụng của điện trường.

Sự phụ thuộc của dòng điện và điện áp

Rõ ràng, trường tác dụng lên các hạt càng mạnh thì cường độ dòng điện trong mạch sẽ càng lớn. Điện trường được đặc trưng bởi một đại lượng gọi là điện áp. Vì vậy, chúng ta đi đến kết luận rằng cường độ dòng điện phụ thuộc vào điện áp.

Thật vậy, bằng thực nghiệm có thể chứng minh rằng cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp. Trong trường hợp điện áp trong mạch thay đổi mà không làm thay đổi tất cả các thông số khác thì dòng điện tăng hoặc giảm cùng hệ số với điện áp thay đổi.

Kết nối với điện trở

Tuy nhiên, bất kỳ mạch hoặc phần nào của mạch đều được đặc trưng bởi một đại lượng quan trọng khác gọi là điện trở. Điện trở tỉ lệ nghịch với dòng điện. Nếu bạn thay đổi giá trị điện trở ở bất kỳ phần nào của mạch mà không thay đổi điện áp ở hai đầu của phần này thì cường độ dòng điện cũng sẽ thay đổi. Hơn nữa, nếu chúng ta giảm giá trị điện trở thì cường độ dòng điện sẽ tăng lên tương ứng. Và ngược lại, khi điện trở tăng thì dòng điện giảm tỷ lệ thuận.

Công thức định luật Ôm cho một đoạn mạch

Bằng cách so sánh hai sự phụ thuộc này, người ta có thể đi đến cùng một kết luận mà nhà khoa học người Đức Georg Ohm đã đưa ra vào năm 1827. Ông đã kết nối ba đại lượng vật lý trên với nhau và rút ra một định luật mang tên ông. Định luật Ohm cho một phần của mạch phát biểu:

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp ở hai đầu đoạn mạch đó và tỷ lệ nghịch với điện trở của nó.

nơi tôi là sức mạnh hiện tại,
U - điện áp,
R – điện trở.

Ứng dụng định luật Ohm

Định luật Ôm là một trong định luật cơ bản của vật lý. Việc phát hiện ra nó đã có lúc cho phép chúng ta đạt được bước nhảy vọt lớn trong khoa học. Hiện tại, không thể tưởng tượng được bất kỳ phép tính cơ bản nào về các đại lượng điện cơ bản cho bất kỳ mạch điện nào mà không sử dụng định luật Ohm. Ý tưởng của luật này không phải là lĩnh vực độc quyền của các kỹ sư điện tử, mà là một phần kiến ​​thức cơ bản cần thiết của bất kỳ người nào ít nhiều có trình độ học vấn. Chẳng trách có câu nói: “Nếu bạn không biết luật Ohm, hãy ở nhà.”

U=IR Và R=U/I

Đúng, cần hiểu rằng trong một mạch lắp ráp, giá trị điện trở của một đoạn mạch nhất định là một giá trị không đổi, do đó, khi cường độ dòng điện thay đổi thì chỉ có điện áp thay đổi và ngược lại. Để thay đổi điện trở của một đoạn mạch, mạch phải được lắp lại. Việc tính toán giá trị điện trở cần thiết khi thiết kế và lắp ráp mạch điện có thể được thực hiện theo định luật Ohm, dựa trên các giá trị dự kiến ​​của dòng điện và điện áp sẽ chạy qua một phần mạch nhất định.

« Vật lý - lớp 10"

Nguyên nhân nào khiến điện tích chuyển động dọc theo dây dẫn?
Điện trường ảnh hưởng như thế nào đến điện tích?

Đặc tính volt-ampe.

Đoạn trước đã nêu rằng để dòng điện tồn tại trong một dây dẫn, cần phải tạo ra hiệu điện thế ở hai đầu của nó. Cường độ dòng điện trong dây dẫn được xác định bởi sự chênh lệch điện thế này. Hiệu điện thế càng lớn thì cường độ điện trường trong dây dẫn càng lớn và do đó, tốc độ cao hơn Các hạt tích điện có được chuyển động có hướng. Điều này có nghĩa là sự gia tăng hiện tại.

Đối với mỗi dây dẫn - rắn, lỏng và khí - có sự phụ thuộc nhất định của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế đặt vào ở hai đầu dây dẫn.

Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong dây dẫn vào điện áp đặt vào nó được gọi là đặc tính dòng điện-điện áp Nhạc trưởng.

Nó được tìm thấy bằng cách đo cường độ dòng điện trong dây dẫn tại những nghĩa khác nhau Vôn. Kiến thức về đặc tính dòng điện-điện áp đóng vai trò lớn khi nghiên cứu dòng điện.

Định luật Ohm.

Hình thức đơn giản nhất là vôn ampeđặc trưng dây dẫn kim loại và dung dịch điện phân. Nó được thiết lập lần đầu tiên (đối với kim loại) bởi nhà khoa học người Đức Georg Ohm, do đó sự phụ thuộc của dòng điện vào điện áp được gọi là Định luật Ohm.

Trong đoạn mạch như hình 15.3, dòng điện có chiều từ điểm 1 đến điểm 2. Hiệu điện thế (điện áp) ở hai đầu dây dẫn bằng U = φ 1 - φ 2. Vì dòng điện có chiều từ trái sang phải nên cường độ điện trường cùng hướng và φ 1 > φ 2.

Bằng cách đo dòng điện bằng ampe kế và điện áp bằng vôn kế, bạn có thể xác minh rằng dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp.

Định luật Ohm cho đoạn mạch

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỉ lệ thuận với điện áp U đặt vào nó và tỉ lệ nghịch với điện trở R của đoạn mạch đó.

Việc sử dụng các dụng cụ thông thường để đo điện áp - vôn kế - dựa trên định luật Ohm. Nguyên lý của vôn kế cũng giống như ampe kế. Góc quay của kim dụng cụ tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện đi qua vôn kế được xác định bởi điện áp giữa các điểm của mạch mà nó được nối vào. Do đó, khi biết điện trở của vôn kế, bạn có thể xác định được điện áp bằng cường độ dòng điện. Trong thực tế, thiết bị được hiệu chỉnh để ngay lập tức hiển thị điện áp tính bằng vôn.

Sức chống cự.

Chủ yếu đặc tính điện Nhạc trưởng - sức chống cự. Cường độ dòng điện trong dây dẫn ở một điện áp nhất định phụ thuộc vào giá trị này.

Tính chất của vật dẫn làm hạn chế cường độ dòng điện trong mạch, tức là chống lại dòng điện, được gọi là điện trở Nhạc trưởng.

Sử dụng định luật Ohm (15.3), bạn có thể xác định điện trở của dây dẫn:

Để làm điều này, bạn cần đo điện áp ở hai đầu dây dẫn và dòng điện trong nó.

Hình 15.4 thể hiện đồ thị đặc tính dòng điện-điện áp của hai dây dẫn. Rõ ràng, điện trở của dây dẫn tương ứng với đồ thị 2 lớn hơn điện trở của dây dẫn tương ứng với đồ thị 1.

Điện trở của dây dẫn không phụ thuộc vào điện áp và dòng điện.

Điện trở phụ thuộc vào vật liệu của dây dẫn và kích thước hình học của nó.

Điện trở của một dây dẫn có chiều dài l có tiết diện không đổi S bằng:

trong đó ρ là đại lượng phụ thuộc vào loại chất và trạng thái của nó (chủ yếu vào nhiệt độ).

Đại lượng ρ được gọi là điện trở suất dây dẫn.

Điện trở suất của vật liệu bằng số với điện trở của dây dẫn làm bằng vật liệu này có chiều dài 1 m và diện tích mặt cắt ngang là 1 m 2.

Đơn vị của điện trở dây dẫn được thiết lập dựa trên định luật Ohm và được gọi là ohm.

Một dây dẫn có điện trở 1 ohm nếu ở hiệu điện thế 1 V, dòng điện trong nó là 1 A.

Đơn vị điện trở suất là 1 Ohm m. Điện trở suất của kim loại thấp. Nhưng chất điện môi có điện trở suất rất cao. Ví dụ, điện trở suất của bạc là 1,59 10 -8 Ohm m và thủy tinh là khoảng 10 10 Ohm m. Bảng tham khảo cho giá trị điện trở suất của một số chất.

Ý nghĩa của định luật Ôm.

Theo định luật Ohm, ở một điện áp nhất định, cường độ dòng điện trong một phần của mạch càng lớn thì điện trở của phần đó càng thấp. Nếu vì lý do nào đó (vi phạm cách điện của các dây gần đó, hành động bất cẩn khi làm việc với hệ thống dây điện, v.v.) mà điện trở giữa hai điểm mang điện trở nên rất nhỏ thì cường độ dòng điện tăng mạnh (a ngắn mạch), có thể dẫn đến hư hỏng các thiết bị điện và thậm chí là hỏa hoạn.

Chính vì định luật Ohm mà người ta không thể nói rằng điện áp càng cao thì càng nguy hiểm cho con người. Sức đề kháng của cơ thể con người có thể thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào điều kiện (độ ẩm, nhiệt độ). môi trường, trạng thái bên trong của con người) do đó, ngay cả điện áp 10-20 V cũng có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe và tính mạng con người. Vì vậy, không chỉ điện áp mà còn phải tính đến cường độ dòng điện luôn phải được tính đến. Khi làm việc trong phòng thí nghiệm vật lý, bạn phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn!

Định luật Ohm là cơ sở để tính toán các mạch điện trong kỹ thuật điện.

Định luật Ôm cho một đoạn mạch: sức mạnh hiện tạiTÔI Vị trí trên mạch điện tỷ lệ thuận với điện ápbạn ở cuối phần và tỷ lệ nghịch với điện trở của nó R.

Công thức của định luật: TÔI =. Từ đây ta viết các công thức bạn = IR Và R= .

Hình.1. Phần dây chuyền Hình 2. Chuỗi hoàn chỉnh

Định luật Ohm cho mạch điện hoàn chỉnh: sức mạnh hiện tạiTÔI mạch điện hoàn chỉnh bằng emf ( lực điện động) nguồn hiện tại E, chia trở kháng dây chuyền (R + r). Tổng điện trở của mạch bằng tổng các điện trở của mạch ngoài R và nội bộ r nguồn luật hiện hành tôi =
. Trong bộ lễ phục. Hình 1 và 2 vẽ sơ đồ mạch điện.

3. Cách nối nối tiếp và song song của dây dẫn

Dây dẫn trong mạch điện có thể được kết nối tuần tự Và song song. Một hợp chất hỗn hợp kết hợp cả hai hợp chất này.

Một điện trở khi bật lên thay cho tất cả các dây dẫn khác nằm giữa hai điểm trong mạch thì dòng điện và điện áp không đổi được gọi là sức đề kháng tương đương những vật dẫn này.

Kết nối nối tiếp

Một kết nối được gọi là nối tiếp trong đó Mỗi dây dẫn chỉ được kết nối với một dây dẫn trước và một dây dẫn tiếp theo.

Như sau từ lần đầu tiên Quy tắc Kirchhoff, khi các dây dẫn mắc nối tiếp thì cường độ dòng điện chạy qua các dây dẫn là như nhau (dựa trên định luật bảo toàn điện tích).

1. Đối với kết nối nối tiếp dây dẫn(Hình 1) Cường độ dòng điện trong tất cả các dây dẫn là như nhau:TÔI 1 = TÔI 2 = TÔI 3 = TÔI

Cơm. 1.Kết nối nối tiếp của hai dây dẫn.

2. Theo định luật Ohm, điện áp bạn 1 Và bạn 2 trên dây dẫn đều bằng nhau bạn 1 = IR 1 , bạn 2 = IR 2 , bạn 3 = IR 3 .

Điện áp khi mắc các dây dẫn nối tiếp bằng tổng các điện áp trên khu vực riêng biệt(dây dẫn) của mạch điện.

bạn = bạn 1 + bạn 2 + bạn 3

Định luật Ohm, điện áp bạn 1, bạn 2 trên dây dẫn đều bằng nhau bạn 1 = IR 1 , bạn 2 = IR 2 , Theo quy tắc thứ hai của Kirchhoff, điện áp trên toàn bộ phần là:

bạn = bạn 1 + bạn 2 = IR 1 + IR 2 = Tôi(R 1 + R 2 )= Tôi·R. Chúng tôi nhận được:R = R 1 + R 2

Tổng điện ápbạn trên dây dẫn bằng tổng các điện ápbạn 1 , bạn 2 , bạn 3 bằng:bạn = bạn 1 + bạn 2 + bạn 3 = TÔI · (R 1 + R 2 + R 3 ) = IR

Ở đâuR EKV – tương đươngđiện trở của toàn mạch. Từ đây: R EKV = R 1 + R 2 + R 3

Khi mắc nối tiếp, điện trở tương đương của mạch bằng tổng điện trở của các phần riêng lẻ của mạch. : R EKV = R 1 + R 2 + R 3 +…

Kết quả này đúng cho bất kỳ số nào dây dẫn mắc nối tiếp.

Từ định luật Omas, nó như sau: nếu cường độ hiện tại bằng nhau trong một kết nối nối tiếp:

TÔI = , TÔI = . Từ đây = hoặc =, tức là, điện áp trong các phần riêng lẻ của mạch tỷ lệ thuận với điện trở của các phần đó.

Đối với kết nối nối tiếp N dây dẫn giống hệt nhau thì tổng điện áp bằng tích của điện áp của một U 1 theo số lượng của họ N:

bạn SAU KHI SANH = N · bạn 1 . Tương tự như vậy đối với điện trở : R SAU KHI SANH = N · R 1

Khi mạch của một trong những người tiêu dùng mắc nối tiếp mở ra, dòng điện sẽ biến mất trong toàn bộ mạch, do đó, việc nối nối tiếp trong thực tế không phải lúc nào cũng thuận tiện.

Cường độ dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó.

Định luật Ohm được viết là:

Trong đó: I - dòng điện (A), U - điện áp (V), R - điện trở (Ohm).

Cần lưu ý rằng Định luật Ohm là cơ bản(cơ bản) và có thể được áp dụng cho bất kỳ hệ thống vật lý, trong đó có các dòng hạt hoặc trường vượt qua lực cản. Nó có thể được sử dụng để tính toán các dòng thủy lực, khí nén, từ tính, điện, ánh sáng và nhiệt.

Định luật Ohm xác định mối quan hệ giữa ba đại lượng cơ bản: dòng điện, điện áp và điện trở. Ông cho rằng dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở.

Dòng điện chạy từ điểm thừa êlectrôn đến điểm thiếu êlectrôn. Đường đi theo dòng điện được gọi là mạch điện. Tất cả các mạch điện đều bao gồm nguồn hiện tại, tải Và dây dẫn. Nguồn hiện tại cung cấp sự khác biệt tiềm năng, cho phép dòng điện chạy qua. Nguồn điện có thể là pin, máy phát điện hoặc thiết bị khác. Tải chống lại dòng điện. Điện trở này có thể cao hoặc thấp tùy theo mục đích sử dụng của mạch điện. Dòng điện trong mạch chạy qua dây dẫn từ nguồn đến tải. Chất dẫn điện phải dễ dàng nhường electron. Hầu hết các dây dẫn đều sử dụng đồng.

Đường đi của dòng điện đến tải có thể đi qua ba loại mạch: mạch nối tiếp, mạch song song hoặc mạch nối tiếp song song. Dòng điện tử trong mạch điện chạy từ cực âm của nguồn dòng, qua tải đến tải. cực dương của nguồn hiện tại.

Miễn là đường dẫn này không bị đứt thì mạch sẽ đóng và dòng điện chạy qua.

Tuy nhiên, nếu đường dẫn bị gián đoạn, mạch sẽ bị hở và dòng điện sẽ không thể chạy qua nó.

Dòng điện trong mạch điện có thể được thay đổi bằng cách thay đổi điện áp đặt vào hoặc điện trở của mạch. Sự thay đổi hiện tại theo cùng tỷ lệ với điện áp hoặc điện trở. Nếu điện áp tăng thì dòng điện cũng tăng. Nếu điện áp giảm thì dòng điện cũng giảm. Mặt khác, nếu điện trở tăng thì dòng điện giảm. Nếu điện trở giảm thì dòng điện tăng. Mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và điện trở này được gọi là định luật Ohm.

Định luật Ohm quy định rằng dòng điện trong mạch (nối tiếp, song song hoặc nối tiếp song song) tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở

Khi xác định các đại lượng chưa biết trong mạch, hãy làm theo các quy tắc sau:

1. Vẽ sơ đồ mạch điện và dán nhãn tất cả các đại lượng đã biết.
2. Thực hiện tính toán cho mạch tương đương và vẽ lại mạch.
3. Tính các đại lượng chưa biết.

Hãy nhớ: Định luật Ohm có giá trị đối với bất kỳ phần nào của mạch điện và có thể áp dụng bất cứ lúc nào. Qua mạch nối tiếp cùng một dòng điện và đến bất kỳ nhánh nào mạch song song cùng một điện áp được áp dụng.

Lịch sử của định luật Ohm

Georg Ohm, tiến hành thí nghiệm với một dây dẫn, nhận thấy rằng cường độ dòng điện trong một dây dẫn tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào hai đầu của nó. Hệ số tỷ lệ được gọi là độ dẫn điện và giá trị này thường được gọi là điện trở của dây dẫn. Định luật Ohm được phát hiện vào năm 1826.

Dưới đây là hình ảnh động của các mạch minh họa định luật Ohm. Lưu ý rằng (trong hình đầu tiên) Ampe kế (A) là lý tưởng và có điện trở bằng 0.

Hoạt hình này cho thấy dòng điện trong mạch thay đổi như thế nào khi điện áp đặt vào thay đổi.

Hình ảnh động sau đây cho thấy dòng điện trong mạch thay đổi như thế nào khi điện trở thay đổi.