Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год. Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
" title="Написать письмо">Написать письмо

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1250
Просмотры материалов : 4605859
 
Закон Ома по-домашнему (16.04.2015). Печать E-mail
2015 - Апрель
16.04.2015 21:14
Save & Share

В темах, затрагивающих электрику, радиоэлектронику, компьютеры, - очень много людей, мнящих себя экспертами в данной области и дающих направо и налево "полезные" советы. Наверно, у мужчин это такой же бзик, как у женщин на темы любви, психологии и отношений. Однако технические ошибки творят больше бед, нежели гуманитарные: чреваты пожаром, порчей дорогостоящего оборудования, физическими травмами, каскадными провалами последующих мероприятий и другими реальными физическими процессами - без возможности их контроля пострадавшим.

Технические ошибки проще пресекать на корню, так как полностью подчиняются физическим законам этого мира. И подавляющая причина технических ошибок - демагогия гуманитарного характера, возникающая из-за недостатка знаний в технической области. Такая коснулась и закона Ома.

Как уже писал ранее, в школе и институте уделяется мало или почти не уделяется внимание практической части работы с азами радиоэлектроники. В итоге преподаватель бежит с учебником дальше - а в голове учащегося остается лишь теория, с ее некоторыми нерешенными вопросами. И когда эта теория начинает применяться на практике - возникает множество вопросов как теоретического плана, так и практического: когда выведенная теория не совпадает с практической реальностью. Поэтому родилась идея преподнести закон Ома максимально ясно.

Если смотреть официальное определение закона Ома, оно более чем простое: "сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению". Формула тоже элементарная: "U = I · R". Но на этом элементарность заканчивается, так как неясен вектор и методы его применения.

Вектор его применения, позволяющий реализовать более быстрый путь к правильным решениям, - это рассмотрение участка цепи по принципу "от большего к меньшему", а не наоборот. Иные пути, как показала практика, приводят к таким ошибочным установкам как "чем меньше сопротивление - тем оно больше греется" (не учитывается возросшая сила тока как параметр), "последовательное соединение повышает рассеиваемую мощность, которую цепь выдержит" (исключается параллельный тип подключения) и т.д. То есть на момент начала анализа цепи имеется всего 2 предмета: источник питания (с его напряжением и силой тока) и общая нагрузка всей схемы целиком.

Замкнутая цепь представляет собой, как правило, источник напряжения с присоединенной к нему нагрузкой:
- источник напряжения дает всегда постоянное напряжение, сколько бы нагрузки в цепь ни было навешено. Источник тока, в свою очередь, умеет генерировать постоянный ток, не зависящий от нагрузки;
- нагрузка может быть одна, несколько; присоединена последовательно, параллельно; активной, реактивной. Иногда резисторы называют пассивной нагрузкой, т.к. они просто греются и не выполняют никакой полезной работы (даже свечения).

Обычно на практике напряжение источника напряжения уже известно (вольтметр в путь), и это одна из трех величин, которая входит в закон Ома. Это самый большой номинал напряжения в схеме, если не используются какие-либо преобразователи в большую сторону. Далее узнается либо общая сила тока путем подключения амперметра в разрыв цепи, либо общее сопротивление всей схемы (если его можно посчитать) - и это тоже будут самые большие номиналы для цепи.

Сопротивление нагрузки более капризное, чем сила тока от источника напряжения, потому что играет роль "черного ящика" в случае использования нагрузки с хаотично меняющимся сопротивлением. Например, жесткий диск постоянно меняет свое сопротивление и одновременно силу тока (путем подключения/отключения своих внутренних узлов) - и вычисления по закону Ома превращаются в гадание на кофейной гуще. Единственный способ, который здесь работает: измерение амперметром максимальной силы тока от одного конкретного устройства путем тестирования, чтобы получить его минимальное и максимальное сопротивления. И на их основе производить дальнейшие расчеты в более сложных схемах.

Если же сопротивление нагрузки статично, общее сопротивление считается на калькуляторе. Однако и на старуху бывает проруха (особенно, когда много элементов); поэтому при такой нагрузке рождается выбор:
- если светлая голова, то по закону Ома будет выведен ток цепи, т.к. напряжение и сопротивление уже известны, и не надо кромсать провода и врезаться амперметром;
- если голова трещит с бодуна, то по закону Ома будет выведено сопротивление, т.к. напряжение известно, а силу тока покажет амперметр. Главное, в режиме амперметра напряжение не мерить, а то потом будет очень мучительно больно из-за дополнительных расходов на новый мультиметр.

И вот, все 3 величины известны. Время разбивать общее сопротивление цепи на составляющие. Удобен путь разбиения сначала именно на последовательные группы сопротивлений; т.к. действует закон: сила тока, протекающая в них, одинакова (и только что выведена). В итоге закон Ома перемещается последовательно в эти группы сопротивлений, рассматривая их как отдельную цепь меньшего размера, с известной единственной величиной: силой тока. Далее все-таки придется взять в руки калькулятор и посчитать общее сопротивление отдельной цепи, соблюдая формулы параллельного и последовательного включения резисторов. Перемножение полученного сопротивления группы на уже известную силу тока даст третью величину по закону Ома: то напряжение, которое забрала на себя эта группа сопротивлений.

Разобрав все группы, нужно проверить выведенные напряжения: при последовательном соединении сумма падений напряжения (тех, что взяли на себя группы сопротивлений), равна напряжению источника напряжения. Только если это условие выполняется - можно двигаться дальше. При этом отмечая следствия вычислений:
- при одинаковой силе тока падение напряжения больше на той группе нагрузок, у которой больше номинал;
- применяется формула вычисления мощности как произведение квадрата силы тока, выведенной с самого начала, на сопротивление группы нагрузок. Это даст вывод, что чем больше сопротивление группы нагрузки (относительно других нагрузок), тем больше она будет греться;
- однако если вдруг группы с большим номиналом исчезнут из цепи - группе сопротивления с малым номиналом придется несладко. Мало того, на нее упадут те падения напряжения, которые были на других группах (и сравняются с номиналом источника напряжения), так ещё и сила тока возрастет, потому что общее сопротивление главной цепи стало очень маленьким. Двойной удар по формуле мощности и по резисторам, т.к. у них есть как предел по рассеиваемой мощности (сгорит проволока резистора), так и по максимальному напряжению (пробой проволоки, резкое каскадное уменьшение сопротивления - и КЗ);
- если же групп с большим номиналом много, группа с малым номиналом будет чувствовать себя прекрасно, т.к. на ней и напряжение будет падать мизерное, и общая сила тока в цепи будет маленькой. Это правило помогает при расчете мощности для отдельных участков цепи, когда рассеиваемая мощность 0.125Вт на резисторе 1Ом перестает пугать воображение.

Теперь каждая последовательная группа начинает разбиваться на параллельные группы, и закон Ома перемещается в них. Получается, падение напряжения у последовательной группы выступает в роли источника напряжения для параллельных групп, которые в нее входят. Здесь действует также закон: это самое падение напряжения группы является равным для всех параллельных групп. То есть, напряжение уже известно, сопротивление считается на калькуляторе - и применяя закон Ома к каждому параллельному элементу группы, вычисляется сила тока для этого элемента. Расчеты проверяются простым законом: сила тока, пришедшая в группу (равна общей силе тока в цепи, как помним) разбивается на слагаемые (силы тока для каждого элемента группы).

При завершении расчетов на схеме электрической цепи выводятся все напряжения, силы тока и сопротивления для всех участков цепи. При их изучении родятся следующие выводы:
- если сравнить резисторы с одинаковым номиналом при постоянном токе, их параллельное подключение обеспечит увеличение безопасной мощности вдвое. Таким образом можно соединить параллельно 10 резисторов по 2Вт и получить безопасную рассеиваемую мощность 20Вт (не забывая увеличить номиналы в 10 раз для параллельно соединяемых элементов);
- намеренное добавление больших сопротивлений можно использовать для спасения от перегрева маломощных участков цепи, только успевай тепло отводить от массивных корпусов больших сопротивлений. Но это сильно уменьшит общую силу тока, поэтому этот способ применяется только в частных случаях.

Обновлено ( 16.04.2015 23:19 )
 
 

Последние новости


©2008-2019. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).