Закон ома аналогия с водой

Вы здесь:
Главная
Уроки начинающим
Часть1 — Постоянный ток
2. Закон Ома
2. Аналогия закона Ома

2. Аналогия закона Ома

Аналогия закона Ома

Закон Ома интуитивно можно применить к его водопроводной аналогии. Если у нас есть водяной насос создающий давление (напряжение), которое толкает воду по «цепи» (ток) через узкий участок трубопровода (сопротивление), то мы можем смоделировать взаимосвязь этих трех переменных. Если сопротивление потоку воды не изменять, а увеличить давление насоса, то скорость потока должна увеличиться.

Если давление оставить неизменным, а диаметр тубы уменьшить (в результате чего возрастет сопротивление потоку воды), то скорость потока воды должна уменьшиться.

Если скорость потока воды оставить неизменной, а диаметр трубы увеличить (в результате чего уменьшится сопротивление потоку), то необходимое давление от насоса также уменьшится.

Как это ни покажется вам странным, но математические отношения между давлением, потоком воды и сопротивлением этому потоку фактически более сложны, чем рассмотренный нами закон Ома. Если вы будете заниматься дальнейшими исследованиями в области физики, то сами убедитесь в этом. К счастью-же для начинающих радиолюбителей математика закона Ома очень проста.

Источник

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Ток в проводнике

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Закон Ома для участка цепи простое объяснение

Закон Ома для участка цепи — это базовое знание, которое мы с вами получаем еще в школе. Но зачастую получается так, что мы с вами либо забыли, либо пропустили или банально не понимаем этот закон. В этой статье я постараюсь вам объяснить Закон Ома для участка цепи простым образом, проведя аналогию с водопроводом.

Проводим аналогию

Итак, для того чтобы понять закон Ома давайте проведем аналогию с гидравликой и представим, что:

Напряжение U равно уровню воды в самой обычной водонапорной башне;

Сопротивление R = это отходящая водяная труба;

Сила тока I = некий объем воды протекающий через трубу за определенное время.

Сила тока

Итак, давайте теперь разберемся, что такое сила тока. Для этого представьте колбу, у которой на одной стороне есть три отверстия одного размера, расположенные по вертикали. Если этот сосуд наполнить водой, то из боковых отверстий начнет вытекать вода.

Причем, как видно из рисунка, с самого нижнего отверстия струя воды будет бить дальше всех, а с самого верхнего струя будет самая слабая. Так как наши отверстия идентичные, то сопротивление водному потоку оказывается одинаковое.

За одно и то же время из нижнего отверстия вытечет воды больше, чем с верхнего (так как столб воды «U» оказывает разное давление на отверстия), а объем воды (из вышеописанной аналогии), вытекающий из отверстия за определенное время, есть не что иное, как сила тока «I».

Посмотрите еще раз внимательно на рисунок, не заметили тут определенную закономерность? А она такова: при одинаковом сопротивлении и при возрастании напряжения возрастает и сила тока.

Сопротивление

Итак, давайте теперь разберемся со следующей величиной, а именно силой тока. Вы когда-нибудь видели вот такие штуки:

Наверняка, да, так вот эта водонапорная башня. Ее основное назначение в создании давления в водонапорных трубах. Итак, вы пришли домой и решили помыть руки. Открыв кран на полную, поток воды будет существенным и наврятли вас устроит, и вы с помощью краника отрегулируете поток так, чтобы он был для вас комфортен.

А теперь подумайте, что только что было сделано? А вот что: изменив сопротивление потоку, вы отрегулировали его.

Теперь переносим эту аналогию на электричество. Напряжение остается у нас на постоянном уровне, так как мы не можем никоим образом оказать влияние на нашу с вами водонапорную башню, в которой постоянно поддерживается один и тот же уровень воды благодаря системе насосов.

Открыв кран на максимум, мы с вами пустили поток воды на полную, а закрутив его до нужного нам уровня мы изменили сопротивление потоку. И это привело к тому, что ток воды стал слабым. Получается, что мы путем изменения сопротивления отрегулировали количество протекающей воды за определенный отрезок времени.

Теперь вспоминаем, что такое сила тока. Сила тока – определенное количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за определенное время .

Итак, получается, что, изменяя сопротивление (при неизменном напряжении), мы с вами можем изменять силу тока.

Напряжение

Давайте рассмотрим простейшую систему водоснабжения, где у вас уже есть возможность управлять водонапорной башней:

Источник

Давление = увеличивается	Напряжение = увеличивается
Скорость потока = увеличивается	Сила тока = увеличивается
Сопротивление = не меняется	Сопротивление = не меняется

Давление = не меняется	Напряжение = не меняется
Скорость потока = уменьшается	Сила тока = уменьшается
Сопротивление = увеличивается	Сопротивление = увеличивается

Давление = уменьшается	Напряжение = уменьшается
Скорость потока = не меняется	Сила тока = не меняется
Сопротивление = уменьшается	Сопротивление = уменьшается

Закон ома аналогия с водой

Аналогия для закона Ома