В "Хакнем Школа" мы объясняем законы физики на понятных и привычных примерах. Разберём закон Ома на примере розетки в вашем доме и зарядном устройстве для телефона.
💧 Батарея 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.
Закон Ома формулируется как:
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!
