Я сам дома электрик, популярно об Законе Ома

Закон Ома

Есть два основных вида материалов, проводящие ток и не проводящие. Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электронов. Из токопроводящих материалов (графит, медь, алюминий, многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно путешествовать. В диэлектриках электроны привязаны намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них, например, делают изоляцию для проводов, корпуса электроприборов. Для того чтобы электроны начали перемещаться (пошел ток), им нужно создать условия. В одном месте должен быть их избыток, а в другом недостаток. Эти условия создают электростанции и батарейки.

Реки тоже текут, потому что в одном месте воды много, а в другом мало. Чем шире русло реки, тем больше может потечь воды. Ограничить или задержать воду можно, построив плотину.
     Аналогично с током, чем толще проводник, тем больше по нему может потечь ток. Ограничить величину тока можно, уменьшив сечение провода, например, установив на его пути лампочку. Прекратить протекание тока можно, разорвав проводник, например выключателем.

В 1827 году Георг Симон Ом разгадал закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.
     Чем толще труба (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) и чем больше давление воды - тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то:
     Чем толще провод (с увеличением толщины уменьшается сопротивление току) и больше напряжение – тем больший будет ток.

Закон Ома.
где
I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается .

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью выше приведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

  Онлайн калькулятор для определения силы тока  
  Напряжение, В:  
  Сопротивление, Ом:  
  

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

  Онлайн калькулятор для определения величины сопротивления  
  Напряжение, В:  
  Величина тока, А:  
  

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Закон Джоуля – Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой простой закон физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца.

Закон Джоуля – Ленца.
где
P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при уменьшении напряжения, величина тока тоже будет уменьшаться, и соответственно будет уменьшаться потребляемая мощность.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

  Онлайн калькулятор для определения потребляемой мощности  
  Напряжение, В:  
  Сила тока, А:  
  

Закон Джоуля – Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала предохранителя.

  Онлайн калькулятор для определения силы тока в зависимости от потребляемой мощности  
  Потребляемая мощность, Вт:  
  Напряжение питания, В:  
  

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Таблица вариантов формул Закона Ома и Джоуля – Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля – Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой несвязанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

Закон Ома и Джоул-Ленца в таблице

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U. А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Передача тока

От электростанции в каждую квартиру протянуты два провода, по которым осуществляется передача тока. В одном из них создается избыток электронов, а в другом – недостаток. Если эти провода соединить между собой, то получится короткое замыкание и пойдет максимально возможный ток. Величину его будет ограничивать только толщина провода.
     Например, повод диаметром 1 мм может пропустить ток величиной 50 А! При такой силе тока провод расплавится и вся проводка придет в негодность, может возникнуть пожар. Вот почему не допустимо, вместо предохранителей ставить «жучки». Если предохранитель перегорел, а под рукой нет нового, то можно его отремонтировать.

Для исключения подобных ситуаций, в разрыв одного из проводов, который называется фаза, на входе в квартиру устанавливается защита в виде автоматического выключателя. Нулевой провод проходит напрямую.

Автомат токовой защиты

Если величина тока превысит допустимую, предохранитель разрывает цепь и серьезных последствий не наступает. В настоящее время во многих старых квартирах встречается электропроводка, в которой предохранители установлены на фазном и на нулевом проводе. Если произойдет короткое замыкание, то сработает один из предохранителей, и если тот, который установлен на нулевом проводе, то вся проводка останется под фазой и будет продолжать оставаться опасной для человека. Рекомендую удалить предохранитель с нулевого провода, например, установив вместо него перемычку. Можно поступить и проще, установить пробку на нулевой провод, рассчитанную на больший ток, чем стоит на фазном проводе.
     Например, если на фазном проводе стоит пробка на 10 А, то на нулевой нужно поставить на 15 А. Как определить, где находится фаза вы можете узнать, прочитав статью Как найти или определить фазу.

Для учета расхода электроэнергии еще устанавливается электрический счетчик. Непосредственного участия в передаче тока он не принимает.

Автомат со счетчиком

Два провода и предохранитель, вот все, что необходимо для подачи тока в электропроводку квартиры.