Калькулятор законов Ома

История и открытие

Закон Ома был открыт немецким физиком Георгом Саймоном Омом в 1827 году и опубликован в его книге"The Galvanic Chain, Mathematically Worked Out". Despite being one of the most fundamental principles in electrical engineering today, Ohm's work was initially met with criticism and rejection. The German Minister of Education at the time even considered Ohm's findings as "heresies" and claimed that a physicist who taught such concepts was "unworthy to teach science."

До Ома в 1781 году Генри Кавендиш проводил эксперименты с банками Лейдена, но так и не опубликовал свои выводы. Только в 1841 году Ом получил признание за свою работу, когда Королевское общество в Лондоне наградило его медалью Копли, и, наконец, в 1849 году, за пять лет до его смерти, Ом достиг своей мечты стать профессором экспериментальной физики в Мюнхенском университете.

Научный фонд

Закон Ома описывает фундаментальную связь в электрических цепях: электрический ток через проводник прямо пропорционален напряжению по нему, причем постоянная пропорциональности является сопротивлением. Эта взаимосвязь может быть выражена тремя эквивалентными способами:

Понимание на микроскопическом уровне

В 1900 году Пол Друде разработал модель Друде, которая, наконец, дала научное объяснение Закону Ома на микроскопическом уровне. Эта модель описывает поведение электронов в твердом проводнике как аналогичное частицам в газе, где:

• Электроны движутся случайным образом в решетке неподвижных атомов (ионов)
• Приложенное напряжение создает электрическое поле, которое ускоряет электроны в определенном направлении
• Электроны сталкиваются с атомами, рассеивая и рандомизируя их движение, преобразуя кинетическую энергию в тепло
• Средняя скорость дрейфа электронов и, следовательно, ток пропорциональны электрическому полю (напряжению)

Открытие квантовой механики в 1920-х годах улучшило эту картину, показав, что электроны движутся волнами через кристаллические решетки и рассеивают примеси и дефекты, а не сами атомы решетки.

Современные приложения и значение

Закон Ома оказался невероятно надежным, с приложениями от простых бытовых схем до сложных электронных устройств. Было проверено, что он работает даже в атомном масштабе, с экспериментами, показывающими, что закон удерживает кремниевые провода размером с четыре атома в ширину и один атом в высоту.

Некоторые из исторических нововведений, разрешенных законом Ома, включают:

• Телеграфия (середина 19 века): Инженеры использовали закон Ома для оптимизации передачи сигнала по длинным медным проводам
• Разработка Light Bulb: Томас Эдисон применил Принципы Ома для балансировки тока через нити для создания практичных и долговечных лампочек
• Радиотехнологии: Ранние пионеры, такие как Маркони, использовали закон Ома для проектирования антенн, осцилляторов и усилителей для беспроводной связи
• Вакуумные трубки и усилители: Первые электронные усилители полагались на понимание взаимосвязи между напряжением, током и сопротивлением
• Ранние компьютеры: Управление тысячами электрических соединений в таких машинах, как ENIAC, было бы невозможно без закона Ома

Ограничения и расширения

Несмотря на огромную пользу, Закон Ома имеет ограничения:

• Это относится только к резистивным материалам, и не все материалы являются омическими (следуйте закону Ома)
• Для схем переменного тока с реактивными компонентами (конденсаторы, индукторы) необходимо использовать более общее понятие импеданса
• Все материалы разрушаются при достаточно сильных электрических полях
• Изменение температуры может повлиять на сопротивление, что усложняет применение закона на практике

Для современного электронного дизайна закон Ома остается одним из основополагающих принципов, используемых во всем, от простого проектирования схем до самых современных электронных устройств, что делает его краеугольным камнем электротехники и физики.

Закон Ома является фундаментальным принципом в электротехнике, который описывает связь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Чтобы рассчитать с помощью закона Ома, выполните следующие действия:

1. 1
   Определите, какие два значения вы знаете (напряжение, ток или сопротивление)
2. 2
   Используйте соответствующую формулу, чтобы найти третье значение
3. 3
   Расчетная мощность с использованием P = V × Я

Мощность в электрической цепи может быть рассчитана с использованием любой из этих эквивалентных формул: