Закон Ома по-домашнему (16.04.2015). |
2015 - Апрель | |||
16.04.2015 20:14 | |||
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 меньше 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: 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: 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: 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: |
|||
Обновлено ( 19.03.2020 20:53 ) |