Калькулятор закона Ома - Расчет напряжения, тока и сопротивления

Калькулятор закона Ома определяет напряжение, силу тока или сопротивление в электрической цепи, если известны два других значения. Он применяет закон Ома — правило, связывающее эти три величины: напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление, что записывается как V = I × R.

Что означают напряжение, сила тока и сопротивление

Напряжение (V) — это электрическая сила, заставляющая электроны двигаться по цепи. Оно измеряется в вольтах.

Сила тока (I) — это скорость, с которой электроны проходят через определённую точку цепи. Она измеряется в амперах, часто обозначаемых как A.

Сопротивление (R) — это степень противодействия материала прохождению тока. Оно измеряется в омах (Ω).

Для сравнения часто используют воду в трубе. Напряжение подобно давлению воды. Сила тока подобна расходу воды. Сопротивление подобно степени сужения трубы. Более высокое давление или более широкая труба увеличивают поток. Сужение уменьшает его.

Формула закона Ома

Основная формула:

V = I × R

Ещё две формы получают перестановкой её частей:

I = V ÷ R

R = V ÷ I

Все три формулы описывают одну и ту же зависимость. Выбор формулы зависит от того, какое значение неизвестно.

Как рассчитать напряжение

Умножьте силу тока на сопротивление.

V = I × R

Пример: сила тока в цепи составляет 2 A, а сопротивление — 5 Ω. V = 2 × 5 = 10 V

Как рассчитать силу тока

Разделите напряжение на сопротивление.

I = V ÷ R

Пример: напряжение в цепи составляет 12 V, а сопротивление — 4 Ω. I = 12 ÷ 4 = 3 A

Как рассчитать сопротивление

Разделите напряжение на силу тока.

R = V ÷ I

Пример: напряжение в цепи составляет 9 V, а сила тока — 3 A. R = 9 ÷ 3 = 3 Ω

Пример: выбор сопротивления для светодиода

Батарея 9 V питает светодиод, которому требуется ток 20 мА (0,02 A) и у которого прямое падение напряжения составляет 2 V. Последовательный резистор со светодиодом должен поглотить оставшееся напряжение.

Напряжение на резисторе: 9 V − 2 V = 7 V

Требуемое сопротивление: R = 7 ÷ 0,02 = 350 Ω

Поскольку 350 Ω не является стандартным номиналом сопротивления, конструктор выберет ближайшее распространённое значение, например 330 Ω или 390 Ω.

Как пользоваться калькулятором

В калькуляторе есть три поля: напряжение (V), сила тока (I) и сопротивление (R). Пользователь заполняет ровно два поля, оставляя третье пустым. Калькулятор вычисляет недостающее значение, округляет его до двух знаков после запятой и показывает использованную формулу.

Заполнение всех трёх полей или менее чем двух полей вызывает ошибку с требованием указать ровно два значения. Отрицательные числа отклоняются, поскольку в данном случае напряжение, сила тока и сопротивление считаются нулевыми или положительными. Любые данные, не являющиеся обычным числом, например текст или слишком большая для представления величина, отклоняются таким же образом. Если два введённых значения приводят к делению на ноль, например при вычислении силы тока для сопротивления 0 Ω, калькулятор показывает ошибку вместо неопределённого результата.

Ограничения закона Ома

Закон Ома применим к омическим материалам: проводникам, таким как большинство металлических проводов и резисторы, в которых сила тока прямо пропорциональна напряжению. Он не применяется непосредственно к таким компонентам, как диоды, светодиоды и транзисторы, поскольку их ток не увеличивается линейно с напряжением.

Закон также предполагает постоянную температуру, поскольку сопротивление многих материалов изменяется при нагревании. В цепях переменного тока (AC) инженеры используют полное сопротивление вместо обычного сопротивления, поскольку конденсаторы и катушки индуктивности вносят зависящие от частоты составляющие.

История

Немецкий физик Георг Симон Ом (1789–1854) опубликовал эту зависимость в 1827 году после измерения изменений силы тока в проводах разной длины и из разных материалов. Сначала другие учёные подвергали его результаты сомнению. Позднее Лондонское королевское общество наградило его медалью Копли в 1841 году. В 1881 году международный конгресс электротехников назвал единицу сопротивления омом в его честь.

Часто задаваемые вопросы

Что такое закон Ома простыми словами?

Это правило, согласно которому напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление: V = I × R. Увеличение напряжения или уменьшение сопротивления повышает силу тока.

Каковы три формулы закона Ома?

V = I × R для напряжения, I = V ÷ R для силы тока и R = V ÷ I для сопротивления. Каждая формула является перестановкой одной и той же зависимости.

Каков реальный пример применения закона Ома?

Выбор токоограничивающего резистора для светодиода. При источнике питания 5 V, прямом падении напряжения на светодиоде 2 V и целевой силе тока 20 мА требуемое сопротивление составляет (5 − 2) ÷ 0,02 = 150 Ω.

Работает ли закон Ома в цепях переменного тока?

Не непосредственно. В цепях переменного тока используют полное сопротивление вместо обычного сопротивления, поскольку характер действия конденсаторов и катушек индуктивности зависит от частоты тока.

Применим ли закон Ома к каждому компоненту?

Нет. Он применим к омическим материалам, таким как обычные резисторы и большинство проводов. Он не применим к диодам, светодиодам и транзисторам, поскольку их ток не увеличивается линейно с напряжением.

Почему для напряжения, силы тока и сопротивления нужны разные единицы измерения?

Потому что они измеряют разные физические величины. Вольты измеряют электрическое давление, амперы — скорость потока, а омы — противодействие этому потоку. Смешение единиц в расчёте приводит к неверному ответу, даже если формула выбрана правильно.