Статья разъясняет закон Ома, используя повседневный пример зарядного устройства телефона. Через аналогии с водопадом и горным резервуаром, Хакнем Школа делает объяснение этого закона интересным и понятным.
В “Хакнем Школа” мы объясняем законы физики на понятных и привычных примерах. Разберем закон Ома на примере розетки в вашем доме и зарядном устройстве для телефона.
Представьте горный резервуар (или пруд), который вы хотите наполнить. Этот резервуар — ваша батарея. Чтобы наш резервуар был полностью наполнен, нам нужно обеспечить постоянный и стабильный поток воды.
Зарядное устройство. Зарядное устройство, которое вы подключаете к розетке, на самом деле является трансформатором. Его задача — преобразовать высокое напряжение из розетки в более низкое напряжение, подходящее для зарядки вашего телефона. Напряжение 220 В (или 110 В) из розетки — снижается до, например, 5 В, которые подходят для вашего телефона.
💧 I — сила тока
Вода, идущая к резервуару, представляет силу тока. Это поток электрической энергии, направляющийся к батарее вашего телефона. Чем больше воды течёт (или сильнее поток), тем быстрее наполняется резервуар.
Ток (I) — это количество электричества, которое потребляет устройство. Ток из розетки не фиксирован и зависит от потребления подключенного устройства. Если вы подключаете к розетке небольшую лампочку, она потребляет небольшой ток. Если вы подключаете мощный обогреватель, он потребляет гораздо больший ток.
💧 U — напряжение
Чтобы обеспечить поток воды к резервуару, нужен некий источник или механизм, который “толкает” воду. Высота горы, с которой начинается поток воды к резервуару, может быть сравнена с напряжением: чем выше гора (или больше напряжение), тем сильнее поток воды. В нашем случае, это аналогия с напряжением, которое “толкает” электрические заряды через провода.
Розетка и электрическая сеть. Предположим, что у вас дома стандартное напряжение в розетке составляет 220 В (в Европе и большинстве других мест) или 110 В (например, в США). Напряжение (U) в розетке — это сила, которая «толкает» электричество к вашему устройству.
💧 R — сопротивление
На пути воды к резервуару могут быть препятствия, такие как камни или узкие места. Они могут уменьшать поток воды, аналогично тому, как сопротивление в электрической цепи уменьшает силу тока. Однако, такие “препятствия” иногда необходимы: например, узкие места позволяют контролировать поток, чтобы резервуар не переливался.
Резисторы и другие компоненты. Внутри зарядного устройства есть множество компонентов, включая резисторы, которые помогают регулировать и стабилизировать напряжение и ток. Эти компоненты обеспечивают безопасность и эффективность процесса зарядки. Резисторы в этом контексте представляют сопротивление R в законе Ома.
🪫📲🔋 Когда вы подключаете ваш телефон к зарядному устройству, внутри телефона также есть ряд электрических компонентов и схем, которые регулируют, как ток потребляется батареей. Сопротивление в этих схемах влияет на то, сколько тока будет потреблять батарея.
Собрав все вместе: Чтобы ваш телефон заряжался, источник напряжения (высокая гора) создаёт поток воды, представляющий силу тока, который направляется в ваш резервуар — батарею телефона. Однако, слишком большой поток может переполнить резервуар или повредить его. Вот здесь и играет свою роль сопротивление (препятствия), оно регулирует скорость потока, чтобы батарея заряжалась равномерно и без риска повреждения.
🔌 Применение нашей аналогии к закону Ома 🔌
Теперь, когда у нас есть представление о том, как работают основные компоненты, давайте рассмотрим сам закон Ома:
I — сила тока (в амперах) или наш поток воды. Чем больше воды мы хотим пропустить через трубу, тем сильнее поток воды. Чем больше электричества мы хотим пропустить через провод, тем больше сила тока.
U — напряжение (в вольтах) представляет собой “высоту горы”. Оно определяет, с какой силой вода будет двигаться вниз по горе. В контексте электричества, это “пинок” или “импульс”, который заставляет электрический ток двигаться. Если бы не было напряжения, ток бы не тёк.
R — сопротивление (в омах) или наши препятствия на пути воды. Когда сопротивление высокое, поток воды (или электрический ток) уменьшается. Это как камни и ветви, мешающие свободному движению воды в реке.
Понимание закона Ома через водный аналог
Когда “гора” (источник напряжения U) высокая, и нет препятствий (сопротивления R) на пути “воды”, поток воды (электрический ток I) будет наибольшим.
Если добавить препятствия (увеличить сопротивление R), поток воды (электрический ток I) уменьшится, даже если гора очень высокая (напряжение U).
Чем больше напряжение U (выше гора) и чем меньше сопротивление R (меньше препятствий), тем больше тока I (больше воды) будет проходить через систему.
Теперь у вас должно быть ясное представление о том, как работает закон Ома, и как он относится к процессу зарядки вашего телефона!
Основатель медиагруппы «Хакнем» начал свой путь с идеи создания платформы для обмена жизненным опытом. Его искренний интерес к медиа и стремление делиться новостями и аналитикой привели к формированию команды единомышленников. Вместе они работают над тем, чтобы «Хакнем» был полезным и информативным ресурсом для читателей.
Получается, что «напряжение» – это двигательная сила – посредством которой – «ток» (электрический заряд) входит (наполняет) батарейку телефона?
Ответить
Исраэль Суворов
автор
Да, ваша формулировка верна! Напряжение действительно можно рассматривать как “двигательную силу”, которая “толкает” электрический заряд (ток) через цепь. Без этой “двигательной силы” заряд бы не двигался.
Вернемся к нашей аналогии с водопадом: без высоты (напряжения) у нас не будет падения воды (тока). Высота водопада “толкает” воду вниз. Точно так же напряжение “толкает” электрический заряд по проводам.
Таким образом, чтобы батарея телефона заряжалась, ей нужна определенная “двигательная сила” или напряжение для “толчка” электрического тока внутрь батареи.
Ответить
Серж, ВЛадивосток
Чем выше высота водопада, тем больше напряжение получается. То есть чем больше напряжение, тем быстрее «ток» может двигаться в батарею! Если только это движение не ограничено резистором. То есть неважно – какое большое было бы напряжение – «резистор» может регулировать поток тока, создаваемый напряжением?
Ответить
Исраэль Суворов
автор
Верно!
Чем выше водопад (больше напряжение), тем больше потенциальная энергия, которую вода может освободить при падении, и тем больше “тока” или потока воды мы можем ожидать у основания водопада.
Однако, даже если у нас огромный водопад, представьте, что у основания водопада узкое горлышко или заслонка. Эта заслонка аналогична резистору в электрической цепи. Она будет ограничивать или регулировать поток воды, несмотря на огромное потенциальное напряжение сверху.
Точно так же в электрической цепи, даже если у вас очень высокое напряжение, резистор может замедлить или ограничить поток электрического тока. Это как раз то, что делает резистор: он представляет собой “сопротивление” движению зарядов, даже когда напряжение пытается “толкать” их с большой силой.
Именно поэтому при разработке и проектировании электронных устройств, таких как зарядные устройства, необходимо тщательно учитывать и регулировать соотношение напряжения и сопротивления, чтобы обеспечить эффективную и безопасную зарядку устройств.
Ответить
Ученикс
Я так мучился с этим законом Ома в школе, а тут всё так просто и понятно. Где же вы были, когда я сидел над своими домашними заданиями и не мог понять, что к чему?
Ответить
Марадон
Я долго пытался объяснить своей бабушке, как работает её новый смартфон, и эта статья — просто спасение. Она любит поливать свои цветы, так что аналогия с водой идет как нельзя лучше.
Ответить
Олег
Я учитель физики, и мои ученики часто запутываются в этих амперах и омах. Эта статья просто находка! Спасибо за простоту и наглядность!
Получается, что «напряжение» – это двигательная сила – посредством которой – «ток» (электрический заряд) входит (наполняет) батарейку телефона?
Да, ваша формулировка верна! Напряжение действительно можно рассматривать как “двигательную силу”, которая “толкает” электрический заряд (ток) через цепь. Без этой “двигательной силы” заряд бы не двигался.
Вернемся к нашей аналогии с водопадом: без высоты (напряжения) у нас не будет падения воды (тока). Высота водопада “толкает” воду вниз. Точно так же напряжение “толкает” электрический заряд по проводам.
Таким образом, чтобы батарея телефона заряжалась, ей нужна определенная “двигательная сила” или напряжение для “толчка” электрического тока внутрь батареи.
Чем выше высота водопада, тем больше напряжение получается. То есть чем больше напряжение, тем быстрее «ток» может двигаться в батарею! Если только это движение не ограничено резистором. То есть неважно – какое большое было бы напряжение – «резистор» может регулировать поток тока, создаваемый напряжением?
Верно!
Чем выше водопад (больше напряжение), тем больше потенциальная энергия, которую вода может освободить при падении, и тем больше “тока” или потока воды мы можем ожидать у основания водопада.
Однако, даже если у нас огромный водопад, представьте, что у основания водопада узкое горлышко или заслонка. Эта заслонка аналогична резистору в электрической цепи. Она будет ограничивать или регулировать поток воды, несмотря на огромное потенциальное напряжение сверху.
Точно так же в электрической цепи, даже если у вас очень высокое напряжение, резистор может замедлить или ограничить поток электрического тока. Это как раз то, что делает резистор: он представляет собой “сопротивление” движению зарядов, даже когда напряжение пытается “толкать” их с большой силой.
Именно поэтому при разработке и проектировании электронных устройств, таких как зарядные устройства, необходимо тщательно учитывать и регулировать соотношение напряжения и сопротивления, чтобы обеспечить эффективную и безопасную зарядку устройств.
Я так мучился с этим законом Ома в школе, а тут всё так просто и понятно. Где же вы были, когда я сидел над своими домашними заданиями и не мог понять, что к чему?
Я долго пытался объяснить своей бабушке, как работает её новый смартфон, и эта статья — просто спасение. Она любит поливать свои цветы, так что аналогия с водой идет как нельзя лучше.
Я учитель физики, и мои ученики часто запутываются в этих амперах и омах. Эта статья просто находка! Спасибо за простоту и наглядность!