Правильное использование закона Ома
Напоминания об использовании закона Ома
Одна из наиболее распространенных ошибок, которые делают начинающие студенты-электронщики при применении закона Ома, – это смешивание контекстов напряжения, тока и сопротивления. Другими словами, учащийся может ошибочно использовать значение I (ток) через один резистор и значение E (напряжение) на наборе соединенных между собой резисторов, полагая, что они приведут к сопротивлению этого одного резистора.
Как бы не так! Помните важное правило: переменные, используемые в формулах закона Ома, должны быть общими для одних и тех же двух точек в рассматриваемой цепи. Я не могу переоценить это правило. Это особенно важно в последовательно-параллельных комбинированных схемах, где соседние компоненты могут иметь разные значения, как для падения напряжения, так и для тока.
При использовании закона Ома для вычисления переменной, относящейся к отдельному компоненту, убедитесь, что напряжение, на которое вы ссылаетесь, относится только к этому единственному компоненту, а ток, на который вы ссылаетесь, проходит исключительно через этот единственный компонент, а сопротивление, на которое вы ссылаетесь, – исключительно для этого единственного компонента. Аналогичным образом, при вычислении переменной, относящейся к набору компонентов в цепи, убедитесь, что значения напряжения, тока и сопротивления относятся к этому полному набору компонентов!
Хороший способ запомнить это – обратить пристальное внимание на две точки, завершающие анализируемый компонент или набор компонентов, убедившись, что рассматриваемое напряжение находится между этими двумя точками, что рассматриваемый ток представляет собой поток электрического заряда от одной из этих точек до другой точки, что рассматриваемое сопротивление эквивалентно одному резистору между этими двумя точками, и что рассматриваемая мощность – это полная мощность, рассеиваемая всеми компонентами между этими двумя точками.
Примечания к «табличному» методу анализа цепей
«Табличный» метод, представленный как для последовательных, так и для параллельных цепей в этой главе, является хорошим способом сохранить контекст закона Ома правильным для любой конфигурации цепи. В таблице, подобной приведенной ниже, вам разрешено применять формулу закона Ома только для значений одного вертикального столбца одновременно:
Получение значений по горизонтали по столбцам допускается в соответствии с принципами последовательных и параллельных цепей:
\[E_{общ} = E_1 + E_2 + E_3\]
\[I_{общ} = I_1 = I_2 = I_3\]
\[R_{общ} = R_1 + R_2 + R_3\]
\[P_{общ} = P_1 + P_2 + P_3\]
\[E_{общ} = E_1 = E_2 = E_3\]
\[I_{общ} = I_1 + I_2 + I_3\]
\[R_{общ} = { 1 \over \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} }\]
\[P_{общ} = P_1 + P_2 + P_3\]
Этот «табличный» метод не только упрощает управление всеми соответствующими величинами, но также облегчает перекрестную проверку ответов, облегчая определение исходных неизвестных переменных другими способами или работая в обратном направлении для решения относительно определения изначально заданных значений исходя из полученных результатов. Например, если вы только что решили задачу для всех неизвестных напряжений, токов и сопротивлений в цепи, вы можете проверить свою работу, добавив строку внизу для расчета мощности на каждом резисторе, чтобы посмотреть, образуют ли в сумме все отдельные значения мощностей полную мощность. Если нет, значит, вы где-то ошиблись!
Хотя в этой технике «перекрестной проверки» вашей работы нет ничего нового, использование таблицы для упорядочивания всех данных для перекрестной проверки сводит путаницу к минимуму.
Резюме
- Применяйте закон Ома к вертикальным столбцам таблицы.
- Применяйте правила последовательных/параллельных цепей к горизонтальным строкам в таблице.
- Проверяйте свои расчеты, работая «в обратном направлении», чтобы попытаться прийти к первоначально заданным значениям (из ваших первых рассчитанных ответов), или решая задачу несколько раз с использованием более чем одного метода (из разных заданных значений).