Формы для тротуарной плитки

Создание форм для тротуарной плитки: виды, особенности изготовления

Придомовая территория будет казаться незавершенной, если не облагородить участок брусчаткой. Сэкономить бюджет помогут самостоятельно изготовленные формы для тротуарной плитки. А садовые дорожки, выложенные по собственному эскизу, будут радовать глаз.

Разновидности форм

Разнообразие готовых элементов мощения позволяет выбрать любой дизайн для садового участка. А шаблоны для изготовления плитки подразделяются на различные категории по типам материала, способам укладки и видам изделий.
Если говорить о фигурах, то существуют такие виды плитки:

  • квадратная и прямоугольная;
  • многоугольная;
  • модульная;
  • универсальная;
  • произвольная.

Каждая из них примечательна своим видом. Например, прямоугольная плитка может представлять собой обыкновенную брусчатку, которую выкладывают «елочкой» или линейно.
Многоугольником выступает классический шестигранник (выкладывается рисунок “соты” или “мозаика”), а изделие произвольного вида может представлять собой осколки натурального камня.
Что касается универсальной плитки, то под этой категорией подразумеваются элементы мощения, которые можно укладывать в любой рисунок, сочетая оттенки. А модульные фрагменты складываются в единую картину.
Не менее популярны варианты, с помощью которых создают 3d-изображения.


Если рассматривать изготовление изделий для дорожного покрытия по способу производства, то различают 2 вида:

  • вибропрессование;
  • вибролитье.

Первый способ применяется исключительно в заводских условиях и не может быть использован для домашнего производства. А все потому, что для создания прессованной плитки требуется специальное оборудование.
Второй метод проще и считается относительно легким, потому что используются формы для заливки и раствор. Шаблоны можно приобрести в специализированных магазинах или изготовить своими руками. В самодельные трафареты заливается бетонный раствор, где и создаются элементы будущего дорожного покрытия. С помощью вибрационной установки из заливки изгоняются лишние пузырьки воздуха.
Что касается материала, из которого изготавливаются шаблоны, то это может быть:

  • резина;
  • дерево;
  • пластик;
  • стеклопластик;
  • металл;
  • гипс.

Изготовление своими руками шаблонов под будущую плитку имеет преимущества, т.к. позволяет:

  • создать неповторимый дизайн дорожек;
  • получить фрагменты мощения по собственному художественному вкусу;
  • сэкономить бюджет.

В отличие от магазинных самостоятельно изготовленные трафареты не имеют стандартную конфигурацию. Кроме того, часто при оформлении пешеходных дорожек плитку приходится резать и укладывать таким образом, чтобы подогнать мощение к единому виду. Если формы для плитки предполагается изготавливать самостоятельно, то еще на этапе проектирования ландшафтного дизайна нужно учесть особенности рельефа, определиться с видом дорожек.

Процесс создания форм

Если рассматривать каждый вид материала в отдельности, то надо учитывать некоторые нюансы.

Тонкости изготовления шаблона из пластика

Пластик является одним из малозатратных материалов для создания каркаса под литье. Для производства мастера используют пластиковые контейнеры и бутылки, горшки и поддоны (они являются уже готовыми трафаретами).
Однако для полноценного литья старых контейнеров будет недостаточно, к тому же шаблоны подобного типа недолговечны и быстро приходят в негодность.
Более приемлемым считается другой метод. Сделать форму для плитки можно после переплавки старого пластика и последующей заливки массы в подготовленную опалубку. После застывания пластиковый шаблон может быть использован под бетонный раствор.
Из достоинств пластиковых трафаретов можно выделить следующие:

  • долговечность;
  • точность передачи геометрии и узоров;
  • хорошая устойчивость к заливке раствора.

Поскольку пластиковая форма хорошо держится и долго не трескается, ее удобно применять для создания плиток нестандартного дизайна.
Последовательность действий в домашних условиях такова:

  1. Из брусков изготавливается каркас. Бруски должны быть скреплены саморезами или шурупами. Необходимо помнить, что размер шаблона соответствует внутреннему размеру каркаса, и его можно принять любой величины и любого вида. Пластиковый трафарет полностью повторит внутренние контуры каркаса.
  2. В горизонтально установленный каркас заливается расплавленная пластиковая масса. Следует учесть, что время полного застывания составляет 1 час.
  3. Готовое изделие извлекается и при необходимости шлифуется наждачной бумагой.

Ровность линий при создании каркаса проверяется строительным уровнем. Для ускорения работ можно соорудить несколько трафаретов для заливки.

Деревянные формы

Чтобы самому сделать рамки для заливки из дерева, придется вспомнить механизм устройства опалубочной конструкции:

  1. Влагостойкие фанерные листы или бруски нарезаются на необходимое количество отрезков.
  2. Отрезки скрепляются между собой гвоздями, шурупами или уголками. Желательно помнить о том, что места креплений должны быть разборными, чтобы по окончании времени застывания бетонного раствора каркас можно было легко снять.
  3. Готовое изделие укладывается на поверхность, предварительно застеленную пленкой. В шаблон заливается раствор – до середины формы, затем укладывается армирующая сетка и добавляются остатки бетонной смеси.

Время застывания готовой плитки составляет 2 суток. Из особенностей изготовления можно выделить обязательное армирование раствора и необходимость шлифовки внутренних сторон каркаса для того, чтобы потом можно было с легкостью вынуть готовый элемент мощения.
К недостаткам устройства деревянных шаблонов под плитку можно отнести обязательную пропитку каркаса влагостойким составом. В противном случае материал не выдержит большое количество заливок. А еще деревянные шаблоны могут иметь только простейшую конфигурацию (самые сложные формочки – шестигранники), и потому их применение для изготовления плитки сложного дизайна невозможно.

Шаблоны из гипса

Принцип создания гипсовых трафаретов несложен. Самое главное в нем – наличие образца. Этот способ считается одним из малозатратных и простых, но вместе с тем и непрактичных – гипсовые слепки достаточно хрупкие.
Последовательность изготовления:

  1. Сооружается деревянная рамка из брусков. Внутренние размеры рамки должны быть на 10 см больше, чем размер образца.
  2. В рамку помещается образец, туда же заливается гипсовая смесь.
  3. После застывания слепок модели выдавливается из гипса.
Читайте также:
Электроодеяло с подогревом - как выбрать и уход за ним

Вместо слепка можно залить предварительно смазанный восковой мастикой образец (например, шагрени) гипсовым раствором, а затем аккуратно вынуть модель.

При замешивании гипсового раствора в него рекомендуется добавить пластификатор. Это сделает шаблон более прочным, он не даст усадки при застывании и не потрескается после полного высыхания.

Готовый трафарет несколько раз пропитывают олифой, чтобы шаблон не размок при заливке бетона.

Создание силиконовых форм для тротуарной плитки

Использование шаблонов из силикона – отличный способ изготовить плитку любого дизайна. Силикон может передать мельчайшие детали поверхности, что важно для тех, кто планирует создать плитку со сложной конфигурацией.
Пошагово процесс действий выглядит так:

  1. В емкость для заливки силикона укладывается скульптурный пластилин, равномерно распределяется толстым слоем.
  2. На пластилин накладывается матрица, смазанная маслом, чтобы силикон не прилипал к матричной поверхности.
  3. Подготовленная силиконовая смесь заливается в контейнер. Ее оставляют до полного застывания на сутки.
  4. После матричный шаблон извлекается из емкости, дефекты удаляются ножницами.

Преимущество силиконового шаблона в том, что он не бьется, не боится влаги и удобен для вынимания отлитого изделия. А еще силикон застывает тем быстрее, чем выше температура воздуха на улице.
Кроме того, силиконовые элементы станут хорошим решением для тех, кто планирует замостить большую территорию вокруг дома.

Шаблон из полиуретана

Принцип создания таких трафаретов схож с изготовлением силиконовых форм. Особенно изделие подходит для тех строительных площадок, где требуется плитка в больших количествах.
При работе с полиуретаном рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты и хорошо проветривать помещение.
После застывания полиуретана шаблоны вынимают и ошкуривают дополнительно.
Недостаток использования таких элементов – вероятность небольшого перекоса из-за давления бетона на стенки трафарета, поскольку полиуретановый элемент является эластичным.

Популярные материалы для изготовления форм

К ним относят такие, из которых шаблоны получаются быстрее всего. Это дерево, гипс, металл, пластик, полиуретан и силикон.
Такие стройматериалы считаются сегодня самыми популярными, т.к. их можно изготовить самостоятельно и из подручных средств.

Какой материал лучше?

Если рассматривать шаблоны с точки зрения долговечности, то считается, что лучше делать изделия из силикона и полиуретана. Они не боятся влаги, могут перенести большое количество циклов заливки (в отличие от дерева и гипса).
Однако самодельные формы из полимеров создавать сложнее, чем изделия из дерева, и они не так прочны, как металлические.

Таблица: сравнение материалов для самостоятельного изготовления форм

Для сравнительного анализа можно рассмотреть самые популярные строительные материалы для изготовления:

Материал для шаблона Масса на 1 шаблон, кг Время изготовления и застывания, час
Дерево 1-1,5 пог. м 1
Гипс 2 1 час – на изготовление, до 20 часов – на застывание
Пластик 1 1 час работы, 1 сутки – застывание
Силикон 1 По 1 часу на работу и застывание

Подготовка к заливке

Перед использованием готовые изделия необходимо обработать. Деревянные рамки зашлифовать с внутренней стороны, покрыть слоем влагоотталкивающего состава.
Изделия из гипса желательно ошкурить наждачной бумагой. Это делается для того, чтобы отлитые фрагменты дорожного покрытия выглядели ровными, без сколов и царапин. А трафареты из полимерных материалов рекомендуется смазать пропиткой для придания гипсовому элементу большей эластичности.

Нужно ли смазывать готовые формы перед заливкой?

В процессе создания возможно разрушение неправильно вынутых отлитых элементов. Чтобы эти разрушения свести к минимуму, необходимо обработать готовые трафареты перед использованием. В качестве смазки можно использовать специальные обмазочные средства (например, олифу или отработанное масло).
Можно использовать восковую мастику, тогда извлечение готового отлитого элемента будет быстрым и несложным.
Не нуждаются в смазочных средствах шаблоны из пластика, силикона и полиуретана.

Форма для тротуарной плитки своими руками: фото, инструкция

Кроме популярных материалов, можно использовать и обрезки металлической трубы. Шаблоны из металла отличаются прочностью, износостойкостью, они устойчивы к влаге, могут выдержать большое количество циклов.
Процесс изготовления:

  1. Старую трубу нарезать на кольца равной ширины.
  2. Установить на ровную поверхность. Для создания рельефного узора под трубу можно подложить обыкновенный резиновый коврик.
  3. Залить бетонный раствор.

Перед использованием внутренние стенки трубы желательно ошкурить, чтобы отливаемый элемент плитки на выходе имел ровную поверхность. Стенки также обрабатываются олифой или жиром для легкого вынимания готового элемента.
Для удобства переноски заполненных бетоном шаблонов к стенкам можно приварить ручки.

Как изготовить форму самостоятельно?

Пошаговый процесс изготовления прямоугольного шаблона из дерева:

  1. Взять доску, отмерить и отрезать 2 части (на 30 мм длиннее ребра плитки).
  2. Отмерить еще 2 отрезка, равных по размеру ребру плитки.
  3. Скрепить все 4 отрезка гвоздями или шурупами. Некоторые строители для большей надежности советуют использовать в качестве фиксаторов металлические уголки.
  4. Соорудить обрешетку из арматурных стержней, проложив ее внутри деревянного каркаса. Обрешетка должна «утонуть» в бетонном растворе.
  5. Постелить пленку на ровную поверхность, установить каркас и залить его раствором до середины. Затем уложить арматуру и долить раствор доверху.

Вместо металлической можно использовать композитную арматуру.
Чтобы заливка имела ровные поверхности, внутренние стенки каркаса необходимо зашлифовать.
Для создания рельефных узоров на пленку можно выложить образец-слепок, предварительно смазав его жиром. Это нужно для того, чтобы слепок легко вынимался.

Если требуется изготовление каркаса-многоугольника, то нужно отмерить требуемое количество отрезков равной длины и скрепить их между собой. После застывания бетонной заливки каркас можно разобрать, выкрутив шурупы.

Самое сложное в процессе изготовления деревянных форм – устройство сочленений деталей. Важно отслеживать ровность прилегания сторон друг к другу.

Технология изготовления

Весь процесс изготовления шаблонов из любых материалов можно обрисовать следующим образом:

  1. Проектирование. На этом этапе набрасывается эскиз будущего трафарета.
  2. Уточнение деталей и вида декорирования. Создается чертеж с привязками размеров.
  3. Выбор материала. Сырье для изготовления шаблона может быть из подручных средств.
  4. Подготовка деталей. Изготавливаются части трафарета.
  5. Сборка. Все части собираются в каркас с уточнением соединений по эскизу.
  6. Обработка. Готовое изделие промазывается специальным составом для того, чтобы впоследствии было легче вынуть отлитый элемент.

Какие инструменты могут потребоваться?

К стандартному набору для изготовления форм можно отнести:

  • ножовка по дереву, металлу;
  • крепежные изделия (шурупы, винты, саморезы, гвозди);
  • шуруповерт;
  • сварочный аппарат;
  • малярные кисти.

Кроме этого, пригодится шлифовальная машинка, с ее помощью будут шлифоваться внутренние стенки шаблона. Если шлифмашинки нет, придется воспользоваться наждачной бумагой.
Облегчить процесс поможет бетономешалка и оборудование для вибролитья, с помощью которых будет замешиваться раствор для заливки и выгоняться лишний воздух.

Меры безопасности при работе

Как и в любом производстве, чтобы сделать форму для тротуарной плитки, следует соблюдать технику безопасности:

  1. Перед работой со спецоборудованием необходимо ознакомиться с инструкцией по его применению.
  2. При работе со сварочным оборудованием нужно соблюдать правила пожарной и электробезопасности. На месте работы необходимо иметь средства для тушения пожара. Работать со сваркой необходимо в спецодежде, используя защитную маску.
  3. Работы с химически агрессивными веществами следует проводить на открытом воздухе либо в вентилируемом помещении. При разведении химических растворов необходимо защищать органы дыхания респиратором, работать в специальных очках.

Советы по изготовлению и эксплуатации

Чтобы шаблонные элементы прослужили дольше, нужно придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Если планируется матричная форма, то желательно выдерживать небольшой уклон стенок в наружную сторону.
  2. Толщину стенок пластиковых изделий следует отливать такой, чтобы она выдерживала давление раствора при переноске.
  3. Шаблоны из дерева и гипса желательно покрыть лакокрасочным составом. Рекомендуется периодически обрабатывать деревянные плашки ЛКМ, чтобы предотвратить разрушение и деформацию трафаретов.
  4. Вместо отлитых трафаретов можно использовать обрезки пластиковых труб, старые пластиковые емкости.
  5. Перед использованием шаблонные изделия рекомендуется смазывать отработанным машинным маслом или специальными составами, чтобы легче было вынимать отлитые элементы плитки.
  6. При создании трафаретов желательно изготовить и угловые элементы, чтобы не резать готовые фрагменты.
  7. Чтобы заливку легче было переносить с вибрационного стола на площадку для застывающих изделий, трафареты можно изготавливать с ручками.

Если следовать вышеперечисленным рекомендациям, то шаблоны для тротуарной плитки, изготовленные своими руками, прослужат дольше.


Формы для тротуарной плитки: разновидности исходного сырья и рекомендации по изготовлению

Устройство дорожек и площадок из асфальта или бетона по нынешним меркам считается весьма скучным решением.

Граждане с фантазией применяют для строительства означенных объектов исключительно штучные материалы — чаще всего тротуарную плитку.

Замечательная особенность этого материала состоит в том, что его легко можно изготовить самостоятельно, нужно только правильно выбрать форму, в которую будет заливаться бетон.

Из данной статьи вы узнаете, какими бывают формы для тротуарной плитки и как можно выйти из положения, если в ближайших магазинах такие изделия не продаются.

Выбор материала

Сразу необходимо заметить, что речь идет об изготовлении литой плитки, а не вибропрессованной. При производстве последней используется дорогое оборудование — вибропресс.

Но на собственном участке такая плитка и не нужна, так как предназначена она для объектов общественного пользования с большой проходимостью.

В условиях же частного домовладения характеристики литой плитки окажутся вполне удовлетворительными.

Сегодня формы для изготовления тротуарной плитки в домашних условиях выпускаются в весьма разнообразном исполнении. Вот какие материалы при этом используются:

Резина

Резиновые формы для изготовления тротуарной плитки сейчас однозначно можно считать наихудшим вариантом, поскольку они обладают целым рядом недостатков:

  • дорого стоят (постоянно растут цены на сырье);
  • имеют сравнительно большой вес;
  • для изготовления по-настоящему качественных отливок требуется вибростол, который стоит довольно дорого;
  • после применения нуждаются в обработке соляной кислотой (процедура вредна для здоровья пользователя).

Без обработки соляной кислотой резиновая форма становится непригодной для использования, так как поверхность отливаемой в ней плитки будет пористой.

Стеклопластик

В настоящий момент этот материал также числится в аутсайдерах. При изготовлении из него форм не удается строго соблюсти геометрию и точность размеров, а отливки получаются без глянца и могут иметь дефекты в виде пор и даже раковин из-за того, что формы перед применением приходится смазывать.

Поэтому для изготовления обычной плитки стеклопластик сегодня почти не используется, а только для крупной или для скульптур.

Материал форм для производства таких изделий должен быть пластичным и одновременно прочным, а стеклопластик как раз и сочетает в себе эти качества.

Для оформления дорожек на приусадебном участке используются формы для тротуарной плитки, своими руками их можно изготовить из самых разных материалов – от дерева до пластика.

Инструкция по изготовлению вибростола своими руками представлена тут.

Брусчатка – эстетичный материал для ландшафтного дизайна. Но важно знать, как правильно ее укладывать. Об этом пойдет речь в следующей статье.

Силикон

Силиконовые формы для производства тротуарной плитки сегодня являются наиболее востребованными, хотя и стоят сравнительно дорого.

Для работы с ними ничего особенного не нужно, отливки получаются гладкими и чистыми (глянцевая поверхность), благодаря эластичности материала извлекаются они очень легко.

При этом силикон очень подробно повторяет рельеф даже с самыми мелкими деталями, так что производимая с его помощью плитка может иметь очень эффектный вид, к примеру, за счет имитации поверхности натурального камня.

Единственный минус — силиконовые формы быстро изнашиваются, поэтому применять их целесообразно только в индивидуальном строительстве для изготовления небольшой партии плитки.

Пластик

А вот формы из этого материала ориентированы как раз на массовое производство, причем качество плитки получается безупречным. Учтите только, что полимеры бывают разными и каждой разновидности присущи свои особенности:

  1. Первичный полиэтилен: такую форму можно узнать по многочисленным ребрам жесткости, которые исключают даже самую мизерную деформацию и, соответственно, раскрытие трещин. В результате геометрию плитки удается соблюсти с предельно высокой точностью. При этом форма из первичного полиэтилена имеет солидный ресурс, которого хватает приблизительно на 1 тыс. отливок.
  2. Сополимеры вторичного использования: сополимерами называют такие виды пластмассы, у которых полимерные молекулы состоят из звеньев двух или больше типов. Формы из такого материала тоже дают ровную плитку с хорошо проработанным рисунком, но заметно уступают полиэтиленовым в долговечности: рассчитаны примерно на 500 отливок.

Изделия из пластика вторичного использования получаются качественными только тогда, когда в него добавляется хотя бы небольшое количество пластика первичного.

Нечистые на руку производители с целью снижения себестоимости могут этого не делать, используя вторичное сырье в чистом виде, вследствие чего формы получатся гораздо менее качественными. Распознать их можно по отсутствию блеска и потрескиванию, издаваемому при сжатии.

АБС-пластик

Таких форм следует избегать, так как им свойственны существенные недостатки:

  • края в ходе применения деформируются, из-за чего готовую плитку часто бывает трудно извлечь;
  • не удается добиться четкости контуров плитки, что приводит к появлению трудностей во время ее укладки.

Пластиковая форма для плитки

ПВХ пленочный

Качество плитки — вполне приемлемое. Ресурс весьма ограничен — ее хватает лишь на 50 циклов, но зато стоимость является буквально копеечной.

Гранулированный полистирол

К качеству производимой с помощью таких форм плитки также невозможно придраться, при этом одной формы хватает примерно на 100 отливок. Такой запас прочности в сочетании с доступной стоимостью позволяет считать полистирольные формы идеальным вариантом для тех, кто желает изготовить небольшое количество плитки только на собственные нужды.

Различные варианты пластиковых форм

Как видно, пластмасса действительно бывает очень разной. Существенно отличается и цена на полимерные формы — от 25 до 60 руб. Поэтому при покупке пластиковой формы весьма желательно ознакомиться с сопровождающим ее сертификатом, в котором указывается тип применяемого пластика.

Плитка из бетона – доступный и современный вариант укладочного покрытия. Бетонная тротуарная плитка – рецептура изготовления представлена на нашем сайте.

Все о технологии укладки тротуарной плитки на песок вы найдете в следующей теме.

Формы для изготовления тротуарной плитки: изготавливаем самостоятельно

Отливочная форма для производства тротуарной плитки не представляет из себя ничего сложного, поэтому ее легко можно создать своими руками. Для этой цели подходят самые разные материалы:

Дерево

Дерево легко обрабатывается, поэтому при наличии некоторых навыков из данного материала можно сделать не только прямоугольную форму, но и фигурную. При этом важно обеспечить герметичное соединение деталей, если форма является составной.

Самый простой вариант деревянной формы имеет вид прямоугольной рамы, которую сбивают из струганной доски или влагостойкой фанеры. Рама ставится на резиновый коврик, на котором место контакта с древесиной предварительно смазывается герметиком или монтажной пеной. Слегка нажав на коврик снизу, отливку легко можно будет извлечь, к тому же он может иметь на поверхности рисунок.

Форма из дерева для шестигранной тротуарной плитки

Форма должна быть строго прямоугольной, иначе плитка получится кривой и уложить ее красиво не удастся. Поэтому нужно убедиться, что равную длину имеют не только противоположные стороны рамы, но и ее диагонали. Если же принято решение выполнить 6-угольную форму, то сначала нужно изготовить шаблон, в котором все углы будут выверены при помощи транспортира.

Внутренние поверхности нужно как можно более тщательно отшлифовать.

От воздействия содержащейся в растворе влаги некоторые мастера защищают древесину путем смачивания ее перед применением мыльным раствором. Но более надежным будет пропитать ее олифой и покрыть затем лаком.

Металл

Металлическая форма имеет, как и деревянная, вид рамы, только все ее составляющие соединяются при помощи электросварки.

Важная особенность такой матрицы состоит в том, что перед применением ее необходимо смазать каким-либо жирным составом, например, натуральным или синтетическим маслом.

Пластик

Если формы из дерева и металла, как правило, являются прямоугольными, то при работе с пластиком для пользователя никаких ограничений не существует: матрица может иметь самые замысловатые очертания. Все что нужно — иметь образец плитки, какую мы хотим отливать.

Пластиковая форма, как и сама плитка, изготавливается методом литья. Делается это так:

  1. Из досок сколачиваем прямоугольную форму, внутренние размеры которой на 30 мм превышают габаритные размеры образца плитки.
  2. Укладываем форму на плоскую поверхность и кладем в нее образец плитки, так чтобы он оказался точно в центре внутреннего пространства формы. В качестве шаблона можно использовать и фрагмент натурального камня, а можно просто сбить из того же дерева прямоугольный шаблон.
  3. Нагреваем пластиковый лом до температуры плавления и заливаем расплавленный пластик в форму с лежащим в ней образцом или шаблоном.

Остается дождаться застывания пластика и извлечь готовую пластиковую форму.

Силикон

Силиконовая форма изготавливается по той же технологии, что и пластиковая, только сначала силикон нужно приготовить, смешав исходную смесь с отвердителем и катализатором.

Подручные средства

В качестве формы для плитки можно использовать отрезанное днище от 5-литровой пластиковой бутылки, всевозможные пластиковые контейнеры, обрезки труб и пр.

Видео на тему

Формулировка и определение закона Ома

Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

Закон Ома: кто придумал, определение

Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.

Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.

Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Формулировки и основные формулы

Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Пояснения к закону:

  1. Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
  2. Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.

Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:

  • I — сила электротока;
  • U — напряжение;
  • R — сопротивление.

Объяснение закона Ома в классической теории

Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:

Из нее легко выводятся формулы для определения UU:

и для определения RR:

Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.

Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

где ϵ — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;

R — сопротивление внешней цепи;

r — внутреннее сопротивление источника.

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

  • Сила тока по формуле:

Где I — общая сила тока в электроцепи, I1 — сила тока первого участка, I2 — сила тока второго участка, I3 — сила тока третьего участка.

  • Напряжение по формуле:

Где U — общее напряжение, U1 — напряжение первого участка, U2 — напряжение второго участка, U3 — напряжение третьего участка.

  • Сопротивление согласно формуле:

Где R — общее сопротивление в цепи, R1 — сопротивление первого участка, R2 — сопротивление второго участка, R3 — сопротивление третьего участка.

Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

Где I — общая сила тока в электроцепи, I1, I2, I3 — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.

Где U — общее напряжение, U1, U2, U3 — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.

Где R — общее сопротивление в цепи, R1, R2, R3 — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:

При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:

где Z — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной (R) и реактивных составляющих (XC — сопротивление емкости и XL — сопротивление индуктивности).

Реактивное сопротивление цепи зависит:

  • от значений реактивных элементов,
  • от частоты электротока;
  • от формы тока в цепи.

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:

В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.

Поэтому R зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:

где p — удельное сопротивление, l — это длина проводника, а S— площадь его сечения.

Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.

Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому.

Где и когда можно применять закон Ома?

Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).

Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.

Значение Закона Ома простыми словами

Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.

Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.

Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.

Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:

Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Законы Ома и их качественное объяснение

Обновлено: 04 Июня 2021

  • Закон Ома: кто придумал, определение
    • Формулировки и основные формулы
  • Объяснение закона Ома в классической теории
  • Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
  • Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении
  • Закон Ома для переменного и постоянного тока
  • Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи
  • Закон Ома: кто придумал, определение
    • Формулировки и основные формулы
  • Объяснение закона Ома в классической теории
  • Закон Ома для полной (замкнутой) цепи
  • Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении
  • Закон Ома для переменного и постоянного тока
  • Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Есть такие формулы и законы, которые люди узнают еще в школе, а помнят всю жизнь. Обычно это несложные уравнения, состоящие из двух-трех физических величин и объясняющие какие-то фундаментальные вещи в науке, основу основ. Закон Ома как раз такая штука.

Закон Ома: кто придумал, определение

Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.

Данную взаимозависимость выявил немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Несмотря на то, что этот закон является истинным законом природы, точность которого была многократно проверена и доказана позже, публикация работы Ома в 1827 году прошла незамеченной для научной общественности. И лишь в 1830-х гг., когда французский физик Пулье пришел к тем же самым выводам, что и Ом, работа немецкого ученого была оценена по достоинству.

Установление закономерностей между основными параметрами электроцепи имеет огромное значение для науки. Ведь оно позволило количественно измерить свойства электрического тока.

Формулировки и основные формулы

Закон Георга Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Пояснения к закону:

  1. Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
  2. Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.

Обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь, известны всем с уроков физики в школе:

  • I — сила электротока;
  • U — напряжение;
  • R — сопротивление.

Объяснение закона Ома в классической теории

Формула закона, известная всем со школьных лет, выглядит так:

Из нее легко выводятся формулы для определения (U) :

и для определения (R) :

Единицами измерения силы тока являются амперы, напряжения — вольты, сопротивление измеряется в омах.

Данный закон верен для линейного участка цепи, на котором зафиксировано стабильное сопротивление.

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Замкнутой или полной называется такая электрическая цепь, по которой проходит электроток.

Описание формулы этого закона для полной цепи выглядит так:

где (epsilon) — это электродвижущая сила или напряжение источника питания, которое не зависит от внешней цепи;

(R) — сопротивление внешней цепи;

(r) — внутреннее сопротивление источника.

Использование закона Ома при параллельном и последовательном соединении

При последовательном соединении элементы цепи подключаются друг за другом последовательно. Так как такая электрическая цепь является неразветвленной, сила тока на каждом ее участке будет одинаковая. Пример последовательного соединения — лампочки в новогодней гирлянде.

При последовательном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

  • Сила тока по формуле:

Где (I) — общая сила тока в электроцепи, (I_1) — сила тока первого участка, (I_2) — сила тока второго участка, (I_3) — сила тока третьего участка.

  • Напряжение по формуле:

Где (U) — общее напряжение, (U_1) — напряжение первого участка, (U_2) — напряжение второго участка, (U_3) — напряжение третьего участка.

  • Сопротивление согласно формуле:

Где (R) — общее сопротивление в цепи, (R_1) — сопротивление первого участка, (R_2) — сопротивление второго участка, (R_3) — сопротивление третьего участка.

Подключая элементы в цепь параллельно, получают разветвленную электрическую цепь. Примером такого соединения является стандартная разводка электричества по квартире, когда в комнате одновременно можно включить несколько предметов бытовой техники и верхнее освещение.

При параллельном соединении элементов основные параметры электроцепи рассчитываются следующим образом:

Где (I) — общая сила тока в электроцепи, (I_1, I_2, I_3) — сила тока первого, второго и третьего участков соответственно.

Где (U) — общее напряжение, (U_1, U_2, U_3) — напряжение первого, второго и третьего участков соответственно.

Где (R) — общее сопротивление в цепи, (R_1, R_2, R_3) — сопротивление первого, второго и третьего участков соответственно.

Закон Ома для переменного и постоянного тока

Для цепи постоянного тока правильными будут уже озвученные нами взаимосвязи основных параметров электроцепи:

При подключении к электроцепи источника переменного тока, сила электротока в цепи будет определяться по формуле:

где (Z) — полное сопротивление или импеданс, который состоит из активной ((R)) и реактивных составляющих ( (X_C) — сопротивление емкости и (X_L) — сопротивление индуктивности).

Реактивное сопротивление цепи зависит:

  • от значений реактивных элементов,
  • от частоты электротока;
  • от формы тока в цепи.

Закон Ома для однородного и неоднородного участка цепи

Закон Ома для однородного участка электроцепи представляет собой классическое выражение зависимости силы от напряжения и сопротивления:

В этом случае основной характеристикой проводника является сопротивление. От внешнего вида проводника зависит, как выглядит его кристаллическая решетка и какое количество атомов примесей содержит. От проводника зависит поведение электронов, которые могут ускоряться или замедляться.

Поэтому (R) зависит от вида проводника, точнее, от его сечения, длины и материала и определяется по формуле:

где (p) — удельное сопротивление, ( l) — это длина проводника, а (S) — площадь его сечения.

Под неоднородным участком цепи постоянного тока подразумевается такой промежуток цепи, на который помимо электрических зарядов воздействуют другие силы.

Как можно было убедиться, закон, открытый Георгом Омом, прост только на первый взгляд. Разобраться во всех тонкостях самостоятельно под силу далеко не каждому. Если столкнулись с трудностями в учебе и сложными для понимания темами, обращайтесь за помощью к образовательному ресурсу Феникс.Хелп. Квалифицированные эксперты помогут сдать в срок самую сложную работу.

Закон Ома

Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.

Появление смартфонов, гаджетов, бытовых приборов и прочей электротехники коренным образом изменило облик современного человека. Приложены огромные усилия, направленные на исследование физических закономерностей для улучшения старой и создания новой техники. Одной из таких зависимостей является закон Ома.

Закон Ома – полученный экспериментальным путём (эмпирический) закон, который устанавливает связь силы тока в проводнике с напряжением на концах проводника и его сопротивлением, был открыт в 1826 году немецким физиком-экспериментатором Георгом Омом.

Строгая формулировка закона Ома может быть записана так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.

Формула закона Ома записывается в следующем виде:

U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];

Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза

И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.

Рассмотрим простейший случай применения закона Ома. Пусть дан некоторый проводник сопротивлением 3 Ом под напряжением 12 В. Тогда, по определению закона Ома, по данному проводнику течет ток равный:

Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона, которое можно назвать треугольник Ома. Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.

Правило работы такое: закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.

Где и когда можно применять закон Ома?

Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).

Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.

Значение Закона Ома

Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении.

Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.

Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.

Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:

Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.

Закон Ома

О чем эта статья:

8 класс, 10 класс

Сопротивление

Представьте, что есть труба, в которую затолкали камни. Вода, которая протекает по этой трубе, станет течь медленнее, потому что у нее появилось сопротивление. Точно также будет происходить с электрическим током.

  • Сопротивление — физическая величина, которая показывает способность проводника пропускать электрический ток. Чем выше сопротивление, тем ниже эта способность.

Теперь сделаем «каменный участок» длиннее, то есть добавим еще камней. Воде будет еще сложнее течь.

Сделаем трубу шире, оставив количество камней тем же — воде полегчает, поток увеличится.

Теперь заменим шероховатые камни, которые мы набрали на стройке, на гладкие камушки из моря. Через них проходить тоже легче, а значит сопротивление уменьшается.

Электрический ток реагирует на эти параметры аналогичным образом: при удлинении проводника сопротивление увеличивается, при увеличении поперечного сечения (ширины) проводника сопротивление уменьшается, а если заменить материал — изменится в зависимости от материала.

Эту закономерность можно описать следующей формулой:

Сопротивление

R = ρ l/S

R — сопротивление [Ом]

l — длина проводника [м]

S — площадь поперечного сечения [мм^2]

ρ — удельное сопротивление [Ом*мм^2/м]

Единица измерения сопротивления — Ом. Названа в честь физика Георга Ома.

Площадь поперечного сечения проводника и удельное сопротивление содержат в своих единицах измерения мм^2. В таблице удельное сопротивление всегда дается в такой размерности, да и тонкий проводник проще измерять в мм^2. При умножении мм^2 сокращаются и мы получаем величину в СИ.

Но это не отменяет того, что каждую задачу нужно проверять на то, что там мм^2 в обеих величинах! Если это не так, то нужно свести не соответствующую величину к мм^2.

  • Удельное сопротивление проводника — это физическая величина, которая показывает способность материала пропускать электрический ток. Это табличная величина, она зависит только от материала.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

Манганин (сплав меди марганца и никеля – приборный)

Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

Никелин ( сплав меди и никеля)

Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

Резистор

Все реальные проводники имеют сопротивление, но его стараются сделать незначительным. В задачах вообще используют словосочетание «идеальный проводник», а значит лишают его сопротивления.

Из-за того, что проводник у нас «кругом-бегом-такой-идеальный», чаще всего за сопротивление в цепи отвечает резистор. Это устройство, которое нагружает цепь сопротивлением.

Вот так резистор изображается на схемах:

В школьном курсе физики используют Европейское обозначение, поэтому запоминаем только его. Американское обозначение можно встретить, например, в программе Micro-Cap, в которой инженеры моделируют схемы.

Вот так резистор выглядит в естественной среде обитания:

Полосочки на нем показывают его сопротивление.

На сайте компании Ekits, которая занимается продажей электронных модулей, можно выбрать цвет резистора и узнать значение его сопротивления:

О том, зачем дополнительно нагружать сопротивлением цепь, мы поговорим в этой же статье чуть позже.

Реостат

Есть такие выключатели, которые крутишь, а они делают свет ярче-тусклее. В такой выключатель спрятан резистор с переменным сопротивлением — реостат.

Стрелка сверху — это ползунок. По сути, он отсекает ту часть резистора, которая находится от него справа. То есть, если мы двигаем ползунок вправо — мы увеличиваем длину резистора, а значит и сопротивление. И наоборот — двигаем влево и уменьшаем.

По формуле сопротивления это очень хорошо видно, так как длина проводника находится в числителе:

Сопротивление

R = ρ l/S

R — сопротивление [Ом]

l — длина проводника [м]

S — площадь поперечного сечения [мм^2]

ρ — удельное сопротивление [Ом*мм^2/м]

Закон Ома для участка цепи

С камушками в трубе все понятно, но не только же от них зависит сила, с которой поток воды идет по трубе — от насоса, которым мы эту воду качаем, тоже зависит. Чем сильнее качаем, тем больше течение. В электрической цепи функцию насоса выполняет источник тока.

Например, источником может быть гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения, по сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».

У нас уже есть две величины, от которых зависит электрический ток в цепи — напряжение и сопротивление. Кажется, пора объединять их в закон.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Математически его можно описать вот так:

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Напряжение измеряется в Вольтах и показывает разницу между двумя точками цепи: от этой разницы зависит, насколько сильно будет течь ток — чем больше разница, тем выше напряжение и ток будет течь сильнее.

Сила тока измеряется в Амперах, а подробнее о ней вы можете прочитать в нашей статье

Давайте решим несколько задач на Закон Ома для участка цепи.

Задача раз

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи:

I = 220/880 = 0,25 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, равна 0,25 А

Давайте усложним задачу. И найдем силу тока, знаю все параметры для вычисления сопротивления и напряжение.

Задача два

Найти силу тока в лампочке накаливания, если торшер включили в сеть напряжением 220 В, а длина нити накаливания равна 0,5 м, площадь поперечного сечения 0,01 мм^2, а удельное сопротивление нити равно 1,05 Ом*мм^2/м.

Решение:

Сначала найдем сопротивление проводника.

Площадь дана в мм^2, а удельное сопротивления тоже содержит мм^2 в размерности.

Это значит, что можно подставлять значения без перевода в СИ:

R = 1,05*0,5/0,01 = 52,5 Ом

Теперь возьмем закон Ома для участка цепи:

I = 220/52,5 ≃ 4,2 А

Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, приблизительно равна 4,2 А

А теперь совсем усложним! Определим материал, из которого изготовлена нить накаливания.

Задача три

Из какого материала изготовлена нить накаливания лампочки, если настольная лампа включена в сеть напряжением 220 В, длина нити равна 0,5 м, площадь ее поперечного сечения равна 0,01 мм^2, а сила тока в цепи — 8,8 А

Решение:

Возьмем закон Ома для участка цепи и выразим из него сопротивление:

Подставим значения и найдем сопротивление нити:

R = 220/8,8 = 25 Ом

Теперь возьмем формулу сопротивления и выразим из нее удельное сопротивление материала:

Подставим значения и получим:

ρ = 25*0,01/0,5 = 0,5 Ом*мм^2/м

Обратимся к таблице удельных сопротивлений материалов, чтобы выяснить, из какого материала сделана эта нить накаливания.

Таблица удельных сопротивлений различных материалов

Константан ( сплав Ni-Cu + Mn)

Манганин (сплав меди марганца и никеля – приборный)

Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля)

Никелин ( сплав меди и никеля)

Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца)

Ответ: нить накаливания сделана из константана.

Закон Ома для полной цепи

Мы разобрались с законом Ома для участка цепи. А теперь давайте узнаем, что происходит, если цепь полная: у нее есть источник, проводники, резисторы и другие элементы.

В таком случае вводится Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Так, стоп. Слишком много незнакомых слов — разбираемся по-порядку.

Что такое ЭДС и откуда она берется

ЭДС расшифровывается, как электродвижущая сила. Обозначается греческой буквой ε и измеряется, как и напряжение, в Вольтах.

  • ЭДС — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. Например, из батарейки.

Химическая реакция внутри гальванического элемента (это синоним батарейки) происходит с выделением энергии в электрическую цепь. Именно эта энергия заставляет частицы двигаться по проводнику.

Зачастую напряжение и ЭДС приравнивают и говорят, что это одно и то же. Формально, это не так, но при решении задач чаще всего и правда нет разницы, так как эти величины обе измеряются в Вольтах и определяют очень похожие по сути своей процессы.

В виде формулы Закон Ома для полной цепи будет выглядеть следующим образом:

Закон Ома для полной цепи

I = ε/(R + r)

R — сопротивление [Ом]

r — внутреннее сопротивление источника [Ом]

Любой источник не идеален. В задачах это возможно («источник считать идеальным», вот эти вот фразочки), но в реальной жизни — точно нет. В связи с этим у источника есть внутреннее сопротивление, которое мешает протеканию тока.

Решим задачу на полную цепь.

Задачка

Найти силу тока в полной цепи, состоящей из одного резистора сопротивлением 3 Ом и источником с ЭДС равной 4 В и внутренним сопротивлением 1 Ом

Решение:

Возьмем закон Ома для полной цепи:

Ответ: сила тока в цепи равна 1 А.

Когда «сопротивление бесполезно»

Электрический ток — умный и хитрый парень. Если у него есть возможность обойти резистор и пойти по идеальному проводнику без сопротивления, он это сделает. При этом с резисторами просто разных номиналов это не сработает: он не пойдет просто через меньшее сопротивление, а распределится согласно закону Ома — больше тока пойдет туда, где сопротивление меньше, и наоборот.

А вот на рисунке ниже сопротивление цепи равно нулю, потому что ток через резистор не пойдет.

Ток идет по пути наименьшего сопротивления.

Теперь давайте посмотрим на закон Ома для участка цепи еще раз.

Закон Ома для участка цепи

I = U/R

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

Подставим сопротивление, равное 0. Получается, что знаменатель равен нулю, а на математике говорят, что на ноль делить нельзя. Но мы вам раскроем страшную тайну, только не говорите математикам: на ноль делить можно. Если совсем упрощать такое сложное вычисление (а именно потому что оно сложное, мы всегда говорим, что его нельзя производить), то получится бесконечность.

Такой случай называют коротким замыканием — когда величина силы тока настолько велика, что можно устремить ее к бесконечности. В таких ситуациях мы видим искру, бурю, безумие — и все ломается.

Это происходит, потому что две точки цепи имеют между собой напряжение (то есть между ними есть разница). Это как если вдоль реки неожиданно появляется водопад. Из-за этой разницы возникает искра, которую можно избежать, поставив в цепь резистор.

Именно во избежание коротких замыканий нужно дополнительное сопротивление в цепи.

Параллельное и последовательное соединение

Все это время речь шла о цепях с одним резистором. Рассмотрим, что происходит, если их больше.

Резисторы следуют друг за другом

Между резисторами есть два узла

Узел — это соединение трех и более проводников

Сила тока одинакова на всех резисторах

Сила тока, входящего в узел, равна сумме сил токов, выходящих из него

Общее напряжение цепи складывается из напряжений на каждом резисторе

Напряжение одинаково на всех резисторах

Общее сопротивление цепи складывается из сопротивлений каждого резистора

Общее сопротивление для бесконечного количества параллельно соединенных резисторов

1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn

Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов

R = (R1 * R2)/R1 + R2

Общее сопротивление бесконечного количества параллельно соединенных одинаковых резисторов

Зачем нужны эти соединения, если можно сразу взять резистор нужного номинала?

Начнем с того, что все электронные компоненты изготавливаются по ГОСТу. То есть есть определенные значения резисторов, от которых нельзя отойти при производстве. Это значит, что не всегда есть резистор нужного номинала и его нужно соорудить из других резисторов.

Параллельное соединение также используют, как «запасной аэродром»: когда на конечный результат общее сопротивление сильно не повлияет, но в случае отказа одного из резисторов, будет работать другой.

Признаемся честно: схемы, которые обычно дают в задачах (миллион параллельно соединенных резисторов, к ним еще последовательный, а к этому последовательному еще миллион параллельных) — в жизни не встречаются. Но навык расчета таких схем впоследствии упрощает подсчет схем реальных, потому что так вы невооруженным глазом отличаете последовательное соединение от параллельного.

Решим несколько задач на последовательное и параллельное соединение.

Задачка раз

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 4 Ом.

Решение:

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + R2 + R3 + R4 = 1 + 2 + 3 + 4 = 10 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 10 Ом

Задачка два

Найти общее сопротивление цепи.

R1 = 4 Ом, R2 = 2 Ом

Решение:

Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

R = (R1 * R2)/R1 + R2 = 4*2/4+2 = 4/3 = 1 ⅓ Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 1 ⅓ Ом

Задачка три

Найти общее сопротивление цепи, состоящей из резистора и двух ламп.

R1 = 1 Ом, R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом

Решение:

Сначала обозначим, что лампы с точки зрения элемента электрической цепи не отличаются от резисторов. То есть у них тоже есть сопротивление, и они также влияют на цепь.

В данном случае соединение является смешанным. Лампы соеденены параллельно, а последовательно к ним подключен резистор.

Сначала посчитаем общее сопротивление для ламп. Общее сопротивление при параллельном соединении рассчитывается по формуле:

Rламп = (R2 * R3)/R2 + R3 = 2*3/2+3 = 6/5 = 1,2 Ом

Общее сопротивление при последовательном соединении рассчитывается по формуле:

R = R1 + Rламп = 1 + 1,2 = 2,2 Ом

Ответ: общее сопротивление цепи равно 2,2 Ом.

Наконец-то, последняя и самая сложная задача! В ней собрали все самое серьезное из этой статьи .

Задачка четыре со звездочкой

К аккумулятору с ЭДС 12 В, подключена лампочка и два параллельно соединенных резистора сопротивлением каждый по 10 Ом. Известно, что ток в цепи 0,5 А, а сопротивление лампочки R/2. Найти внутреннее сопротивление аккумулятора.

Решение:

Найдем сначала сопротивление лампы.

Rлампы = R/2 = 10/2 = 5 Ом

Теперь найдем общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

Rрезисторов = (R * R)/R + R = R^2)/2R = R/2 = 10/2 = 5 Ом

И общее сопротивление цепи равно:

R = Rлампы + Rрезисторов = 5 + 5 = 10 Ом

Выразим внутреннее сопротивление источника из закона Ома для полной цепи.

r = 12/0,5 — 10 = 14 Ом

Ответ: внутреннее сопротивление источника равно 14 Ом.

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

  • 9 февраля 2021 г.
  • 8 минут
  • 542 146

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря “участок цепи” мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Ток в проводнике

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: