Производство нагревателей
и оборудования для нагрева

Электрическая мощность и закон Ома

Для анализа и расчета параметров нагревателей, как правило, мы используем различные методы, в частности закон Ома. Этот закон используется в основном для определения неизвестных величин, таких как напряжение, ток, сопротивление и мощность, которые связаны с одним или несколькими элементами электронной схемы. Закон Ома - основной закон теории электрических цепей, который определяет линейную зависимость между напряжением, током и сопротивлением. В данной статье мы постараемся  подробно рассказать о законе Ома и его практическом применении.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Закон Ома

Закон Ома - это основной, главный и важный закон теории электрических цепей, который исследует взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. В нем говорится, что при постоянной температуре ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален напряжению или разности потенциалов в этой цепи.

В алгебраической форме, V∝ I

V = IR

Где

I - ток, протекающий по цепи, измеряется в амперах.

V — напряжение, приложенное к цепи, измеряется в вольтах.

А R — это константа пропорциональности, называемая сопротивлением, которое измеряется в омах.

Это сопротивление также указывается в килоомах, мегаомах и т. д.

Следовательно, закон Ома гласит, что ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в этой цепи. Закон Ома можно применить как к отдельным частям, так и ко всей цепи.

Математически ток, I = V/R

Напряжение, V = IR

Сопротивление, R = V/I

Треугольник закона Ома

Ниже показано, что отношение между различными величинами в законе Ома называется треугольником закона Ома. Это простой метод описания, а также простой для запоминания соотношения между напряжением, током и сопротивлением.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ
На приведенном выше рисунке показан треугольник закона Ома, где отдельные термины, такие как напряжение, ток и сопротивление, и их формулы представлены из основного уравнения закона Ома. На приведенном выше рисунке один параметр вычисляется из оставшихся двух параметров. Таким образом, можно сделать вывод, что при высоком сопротивлении ток будет низким, а ток будет высоким, когда сопротивление низкое, при любом приложенном напряжении.

Электрическая мощность

Электрическая мощность дает скорость, с которой энергия передается по цепи. Электрическая мощность измеряется в ваттах. Эта мощность потребляется, когда напряжение вызывает протекание тока в цепи.

Следовательно, электрическая мощность есть произведение напряжения и силы тока.

Математически P = VI

По закону Ома V = IR и I = V/R

Подставляя в уравнение мощности

P = I2 R

P = V2/ R

Следовательно, электрическая мощность, P =VI или I 2 R или V 2 / R

Это три основные формулы для нахождения электрической мощности в цепи. Таким образом, мощность может быть рассчитана, когда известна любая из двух величин.

Треугольник мощности

Подобно треугольнику закона Ома, на рисунке ниже показан треугольник мощности, чтобы показать соотношение между мощностью, напряжением и током. Уравнения отдельных параметров легко запоминаются по этому рисунку. Округлите и скройте параметр, который необходимо измерить, а положение оставшихся двух параметров дает уравнение для поиска скрытого или округленного параметра, как показано на рисунке ниже.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Круговая диаграмма закона Ома

В дополнение к двум вышеупомянутым концепциям существует еще один метод определения параметров схемы с использованием закона Ома, который представляет собой круговую диаграмму закона Ома. Используя круговую диаграмму закона Ома, можно легко запомнить все уравнения для нахождения напряжения, тока, сопротивления и мощности, которые необходимы для упрощения электрических цепей, которые могут быть простыми или сложными.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

На приведенном выше рисунке показана круговая диаграмма, которая показывает взаимосвязь между мощностью, напряжением, током и сопротивлением. Эта диаграмма разделена на четыре блока для мощности, напряжения, сопротивления и тока. Каждый блок состоит из трех формул с двумя известными значениями для каждой формулы. Из диаграммы для нахождения каждого параметра в цепи мы можем использовать любую из трех доступных формул.

Графическое представление закона Ома

Для лучшего понимания этой концепции ниже приведена экспериментальная установка, в которой регулируемый источник напряжения с шестью ячейками (по 2 В каждая) подключен к нагрузочному резистору через переключатель выбора напряжения. Измерительные приборы, такие как вольтметр и амперметр, также подключены к цепи для измерения напряжения и тока в цепи.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Регулируемый источник напряжения с нагрузочным резистором

Сначала подключите резистор 10 Ом и установите переключатель в положение «1». Тогда амперметр показывает 0,2 А, а вольтметр показывает 2 В, потому что I = V/R, т. е. I = 2/10 = 0,2 А. Затем измените положение селекторного переключателя на вторую ячейку, чтобы подать 4 В на нагрузку и запишите показания амперметра. По мере того, как селектор будет постепенно изменяться от первого положения к последнему, мы получим текущие значения, такие как 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 1,2 для значений напряжения 2, 4, 6, 8, 10 и 12 соответственно.

Точно так же поместите резистор 20 Ом вместо резистора 10 Ом и выполните ту же процедуру, что и выше. Мы получим значения тока 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6 для значений напряжения 2, 4, 6, 8, 10 и 12В соответственно. Постройте график этих значений, как показано ниже.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Графическое представление закона Ома


На приведенном выше графике для данного напряжения ток меньше, когда сопротивление больше. Рассмотрим случай приложенного напряжения 12 В, когда значение тока составляет 1,2 А при сопротивлении 10 Ом и 0,6 Ом при сопротивлении 20 Ом. Точно так же при одном и том же токе напряжение тем больше, чем больше сопротивление. Из приведенных выше результатов следует, что отношение напряжения к току постоянно, когда сопротивление постоянно. Следовательно, зависимость между напряжением и током является линейной, и наклон этой линейной кривой становится тем круче, чем больше сопротивление.

Пример применения закона Ома

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой батарея на 6 В подключена к нагрузке 6 Ом. Амперметр и вольтметры подключены к цепи для измерения тока и напряжения практически. Но используя закон Ома мы можем найти силу тока и мощность следующим образом.

Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ
Из закона Ома

V = IR

I = V/R

I = 6/6

I = 1 А

Мощность, P = VI

P = 6×1

P = 6 Вт

Но практически амперметр не показывает точное значение из-за внутреннего сопротивления батареи. Включив внутреннее сопротивление батареи (предположим, что батарея имеет внутреннее сопротивление 1 Ом), текущее значение рассчитывается следующим образом.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Общее сопротивление цепи 6+1=7 Ом.

Ток, I = V/R

I = 6/7

I = 0,85 Ампер

Цепь фар в автомобиле

На приведенном ниже рисунке показана схема фар легкового автомобиля без схемы управления. С применением закона Ома мы можем узнать ток, протекающий через каждую лампу. Как правило, каждая лампочка подключается параллельно к аккумулятору, что позволяет другим элементам светиться, даже если какой-то из них поврежден. К этим параллельным лампам подводится батарея 12 В, где лампы имеют сопротивление 2,4 каждая (считается в данном случае).


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ
Общее сопротивление цепи равно R = R1x R2/(R1 + R2), так как они соединены параллельно.

R = 5,76/4,8 = 1,2

Тогда ток, протекающий по цепи, равен I = V/R.

I = 12/1,2

I = 10А.

Ток, протекающий через отдельную лампу, равен I1 = I2 = 5 А (из-за одинаковых сопротивлений).

Закон Ома для цепей переменного тока

В общем, закон Ома можно применить и к цепям переменного тока . Если нагрузка индуктивная или емкостная, то также учитывается реактивное сопротивление нагрузки. Следовательно, с некоторыми изменениями закона Ома, учитывающими влияние реактивного сопротивления, его можно применять к цепям переменного тока. Из-за индуктивности и емкости в переменном токе будет значительный фазовый угол между напряжением и током. А также сопротивление переменному току называется импедансом и обозначается как Z.

Таким образом, закон Ома для цепей переменного тока задается как

E = IZ

I = E/Z

Z = E/I

Где E - напряжение в цепи переменного тока,

I - текущий ток,

Z — импеданс.

Все параметры в приведенном выше уравнении представлены в комплексной форме, которая включает фазовый угол. Подобно круговой диаграмме цепи постоянного тока, круговая диаграмма закона Ома для цепи переменного тока приведена ниже.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Пример закона Ома (цепи переменного тока)

Рассмотрим приведенную ниже схему, в которой нагрузка переменного тока (сочетание резистивной и индуктивной) подключена к источнику переменного тока 10 В, 60 Гц. Нагрузка имеет сопротивление 5 Ом и индуктивность 10 мГн.


Электрическая мощность и закон Ома ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Тогда значение импеданса нагрузки Z = R + jX L

Z = 5 + j (2∏ × f × L)

Z = 5+ j (2×3,14×60×10×10-3)

Z = 5 + j3,76 Ом или 6,26 Ом при фазовом угле -37,016

Ток, протекающий по цепи, равен

I = V/Z = 10/(5+ j3,76) = 1,597 А при фазовом угле -37,016


Для расчета параметров сети для подключения нагревателей вы можете воспользоваться данными в данной статье основными формулами, или же просто позвоните нашим специалистам компании Термоэлемент по телефону и получите полную бесплатную консультацию и помощь с выбором нужных параметров нагревателей для вашей задачи по нагреву.




Возврат к списку


Задать вопрос