Закон Ома є одним з основних принципів електричного кола. Він встановлює залежність між струмом, напругою та опором елементів ланцюга. У разі послідовного з'єднання резисторів, застосування цього закону дає змогу з'ясувати, чому напруга однакова на всіх резисторах.
За визначенням, напруга - це різниця потенціалів між двома точками в ланцюзі. У той час як кожен резистор має свій власний опір, їхнє з'єднання в послідовність дає змогу застосувати простий математичний принцип: сума сили струму в ланцюзі дорівнює сумі напруг на всіх резисторах.
Уявіть собі електричний ланцюг, у якому кілька резисторів з'єднані один за одним. За законом Ома, струм, що протікає через такий ланцюг, однаковий на кожній ділянці цього ланцюга, але напруга на кожному резисторі різна. Однак, у разі послідовного з'єднання, струм, що проходить через кожен резистор, однаковий, оскільки він є загальним для всього ланцюга. Це означає, що напруга на кожному резисторі буде однаковою, оскільки вона пропорційна силі струму та опору.
Короткий огляд закону Ома
Згідно із Законом Ома, сила струму, що протікає через провідник, прямо пропорційна напрузі на його кінцях і обернено пропорційна його опору. Формула, що описує цю залежність, має такий вигляд:
Де I - сила струму в амперах, U - напруга у вольтах і R - опір в омах.
В електричному ланцюзі з послідовним з'єднанням резисторів напруга однакова на кожному з резисторів. Це пояснюється тим, що в такому з'єднанні сила струму однакова на всіх ділянках кола, а опір окремого резистора пропорційний його напрузі. Отже, якщо напруга на одному й тому самому провіднику однакова, значить і струм, що протікає через нього, буде однаковим.
Таким чином, закон Ома при послідовному з'єднанні резисторів підтверджується тим, що напруга на всіх резисторах буде однаковою.
Що таке послідовне з'єднання резисторів?
У такій схемі напруга на кожному резисторі буде однаковою, тому що вона залежить від електричного струму та опору резистора, а ці величини також однакові для всіх резисторів у послідовному з'єднанні. Це є основним принципом роботи закону Ома щодо послідовного з'єднання резисторів.
Послідовне з'єднання резисторів дає змогу ефективно керувати електричним струмом у схемі, регулюючи його силу та напрямок. Також воно дає змогу розділити схему на окремі секції, що впливають на роботу всього електричного кола.
Як працює закон Ома в послідовному з'єднанні?
Закон Ома встановлює взаємозв'язок між струмом, напругою та опором в електричному ланцюзі. У послідовному з'єднанні резисторів струм, який протікає через кожен резистор, однаковий. Це означає, що напруга на кожному резисторі також однакова.
Уявіть, що у вас є три резистори, підключені в послідовність. Струм, що протікає через ланцюг, буде один і той самий для кожного резистора. Тому, використовуючи формулу закону Ома (U = I * R), ми можемо сказати, що напруга на кожному резисторі дорівнюватиме добутку струму на його опір.
Це відбувається тому, що в послідовному з'єднанні струм ділиться між резисторами. Усі резистори розташовуються по одній лінії, і електрони протікають через кожен резистор послідовно. Таким чином, кожен резистор отримує свою частку струму, але сума цих часток дорівнює загальному струму в ланцюзі.
Оскільки весь струм проходить через кожен резистор, напруга на кожному резисторі буде однаковою. Наприклад, якщо у вас є ланцюг із трьох резисторів: R1, R2 і R3, і струм у ланцюзі становить I, то напруга на кожному резисторі буде U = I*R1, U = I*R2 і U = I*R3 відповідно.
Інакше кажучи, важливо розуміти, що в послідовному з'єднанні одна й та сама кількість електрики проходить через кожну точку ланцюга, і тому напруга на всіх резисторах однакова.
Навіщо потрібен закон Ома?
Основна мета закону Ома - дозволити інженерам і вченим визначити і передбачити поведінку електричного кола за різних умов.
Закон Ома особливо корисний під час проектування та розрахунку електричних ланцюгів. Він дає змогу визначити необхідний опір для досягнення певного значення струму або напруги. Також він допомагає оптимізувати роботу електричної системи, оскільки дає змогу передбачити, яка зміна опору або напруги призведе до зміни сили струму або інших параметрів ланцюга.
Закон Ома широко використовується в різних галузях, пов'язаних з електрикою, включно з електронікою, електротехнікою, електроенергетикою та телекомунікаціями. Він є основою для розуміння і роботи з електричними колами та системами в цих галузях.
Загалом, закон Ома відіграє важливу роль у нашому повсякденному житті, адже допомагає нам зрозуміти і керувати поведінкою електричних пристроїв і систем, з якими ми взаємодіємо щодня.
Чому напруга однакова на всіх резисторах?
Закон Ома свідчить, що напруга U, яка протікає через резистор, прямо пропорційна до струму I, що проходить через нього, та його опору R, що виражено співвідношенням: U = I * R.
У послідовному з'єднанні резистори розташовуються один за одним, так що струм, що проходить через перший резистор, проходить через усі інші резистори в ланцюзі. За законом збереження електричного заряду струм, що проходить через кожен резистор, однаковий. Отже, за законом Ома, напруга на кожному резисторі буде однаковою.
Можна уявити, що в послідовному з'єднанні резистори є частинами одного великого резистора. Коли електричний струм проходить через резистори, він стикається з опором кожного резистора, що призводить до падіння напруги на кожному з них. Однак сума падінь напруги на кожному резисторі дорівнює загальній напрузі на ланцюзі.
| Резистор | Струм, що проходить (I) | Опір (R) | Напруга (U) |
|---|---|---|---|
| Резистор 1 | I | R1 | U1 = I * R1 |
| Резистор 2 | I | R2 | U2 = I * R2 |
| Резистор 3 | I | R3 | U3 = I * R3 |
Таким чином, напруга на кожному резисторі в послідовному з'єднанні буде однаковою і дорівнюватиме продукту струму та його опору.
Приклад розрахунку напруги в послідовному з'єднанні резисторів
Для розрахунку напруги в послідовному з'єднанні резисторів необхідно знати загальний опір ланцюга і силу струму, що тече через нього. Напруга на кожному резисторі в послідовному з'єднанні однакова і дорівнює добутку сили струму на опір цього резистора.
Розглянемо приклад із трьома резисторами: R1, R2 і R3, які послідовно з'єднані.
| Резистор | Опір (R) |
|---|---|
| R1 | 10 Ом |
| R2 | 20 Ом |
| R3 | 30 Ом |
Припустимо, що сила струму I, що тече через ланцюг, становить 2 Ампера.
Загальний опір ланцюга (R_total) можна розрахувати як суму опорів усіх резисторів у послідовному з'єднанні:
R_total = R1 + R2 + R3 = 10 Ом + 20 Ом + 30 Ом = 60 Ом
Тепер ми можемо розрахувати напругу на кожному резисторі в послідовному з'єднанні, використовуючи закон Ома:
Напруга на R1 = I * R1 = 2 А * 10 Ом = 20 В
Напруга на R2 = I * R2 = 2 А * 20 Ом = 40 В
Напруга на R3 = I * R3 = 2 А * 30 Ом = 60 В
Таким чином, напруга на кожному резисторі в послідовному з'єднанні дорівнює 20 В, 40 В і 60 В відповідно.
Висновки
Вивчення закону Ома та послідовного з'єднання резисторів дає змогу зробити такі висновки:
1. У послідовному з'єднанні резисторів сила струму однакова на всіх резисторах. Усі резистори в ланцюзі перебувають на одному й тому самому електричному потенціалі, тому сила струму, що протікає через кожен резистор, однакова.
2. Напруга однакова на всіх резисторах у послідовному з'єднанні. При послідовному з'єднанні резисторів весь електричний потенціал розділяється між ними. Це означає, що напруга на кожному резисторі дорівнює напрузі в цілому.
3. Сумарний опір у послідовному з'єднанні резисторів дорівнює сумі опоріворівнювань кожного резистора. При послідовному з'єднанні опори резисторів складаються, тому загальний опір кола дорівнює сумі опоріворівнює сумі опорівнів кожного резистора.
Ці висновки допомагають зрозуміти основні принципи роботи послідовного з'єднання резисторів і застосовувати закон Ома для розрахунку електричних кіл.