Почему падение напряжения на сопротивлении противоречит закону Ома?

Во-первых, закон Ома только утверждает, что ток через металлический проводник прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Есть несколько случаев, таких как полупроводники, растворы электролитов, газовые среды, где закон Ома не применяется.

Согласно тому, что я знаю о законе Ома, если вы увеличиваете сопротивление, ток уменьшается, но напряжение остается прежним.

Да, если источник возбуждения является идеальным источником напряжения, напряжение на сопротивлении останется неизменным независимо от величины сопротивления. Но, если это идеальный источник тока, напряжение будет меняться в зависимости от сопротивления, подключенного к его клеммам, но ток останется постоянным. Оба сценария удовлетворяют закону Ома.

Однако на самом деле я знаю, что если бы я «увеличил» сопротивление, напряжение уменьшилось бы.

В этом случае я предполагаю, что вы говорите о реальном источнике напряжения, например, о сухом элементе. И, увеличивая «сопротивление», я могу только предположить, что вы говорите об увеличении нагрузки, поскольку в реальной жизни увеличение сопротивления не уменьшит выходное напряжение реального источника напряжения.
Пожалуйста, обратите внимание, что любой и все источники напряжения в реальном мире имеют некоторое внутреннее сопротивление. См. рисунок ниже,

Здесь, когда в этой цепи течет ток, из-за омов некоторое напряжение должно падать на внутреннем сопротивлении r, вызывая падение или увеличение выходного напряжения, то есть напряжения, доступного на клеммах ячейки через сопротивление R, по мере того, как R уменьшается или увеличивается. .

Я надеюсь, что это проясняет ваши сомнения.

РЕДАКТИРОВАТЬ: обратите внимание, что предоставленная вами схема является неправильным методом измерения напряжения на элементе. Здесь вы не измеряете напряжение на сопротивлении, а измеряете напряжение на клеммах ячейки, при этом последовательное сопротивление появляется как внутреннее сопротивление ячейки.Таким образом, неправильно применять закон Ома так, как вы указали в этом сценарии. Помните, что вольтметр подключается параллельно, а амперметр последовательно. Здесь, в этом сценарии, внутреннее сопротивление элемента увеличивается, и он действует как мертвый элемент с уменьшающимся напряжением. Причина этого в том, что каждый аналоговый вольтметр имеет внутренний последовательный резистор, который может препятствовать считыванию, если внутренний импеданс источника слишком высок. Аналоговый вольтметр нуждается в минимальном токе, проходящем через него, чтобы стрелка двигалась, поскольку он использует электромагнитные эффекты. Если внутренний импеданс источника слишком высок, этот минимальный ток не будет течь, и счетчик покажет меньше, чем должен. Например, вольтметру может потребоваться 100 мкА для полного отклонения, если внутреннее сопротивление источника ограничивает этот ток до 95 мкА от того же источника.

В случае цифровых вольтметров также существует цепь делителя потенциала плюс входной импеданс активного устройства (устройств), что также будет давать низкие показания, если источник возбуждения имеет слишком высокий импеданс.

Проблема с вашей тестовой установкой заключается в том, что вы не измеряете напряжение на заменяемом резисторе. Вы измеряете падение внутреннего сопротивления мультиметра. У вас есть конечное сопротивление мультиметра. Я предполагаю, что это около 1 МОм. Если вы вычислите резистивный делитель 100 кОм и 1 МОм, вы получите 4,54 В, примерно то, что вы измерили.

Если вы хотите измерить ток, вам нужно использовать амперметр или небольшое падение напряжения на резисторе.

Однако на самом деле я знаю, что если бы я «увеличил» сопротивление, напряжение уменьшилось бы.

Неа.

На самом деле существует определенное отношение напряжения к току на устройстве, которое подчиняется закону Ома:$E = I \cdot R$.$E$в данном случае означает напряжение; мы сохраняем старое обозначение (E для электродвижущей силы), потому что это имеет смысл в хитроумном и тонком смысле. Но это все — закон Ома устанавливает только соотношение между напряжением, током и сопротивлением, и только в устройстве, которое подчиняется закону Ома (т. е. поведение резистора очень близко соответствует закону Ома, а поведение диода — нет). ни искровой разрядник, ни неоновая лампа).

Поэтому , если вы поддерживаете постоянное напряжение, ток определяется напряжением и сопротивлением. Если вы держите ток постоянным, напряжение определяется током и сопротивлением.

Если ни напряжение, ни ток не являются постоянными, то и то, и другое определяется действием сопротивления и какого-либо управляющего устройства (т. е. если вы сделали источник постоянной мощности, в котором вы установили некоторую мощность$P$и -- в пределах --$i \cdot v = P$, то вы можете комбинировать это с$v = i \cdot R$. Тогда для любого$P$и$R$вы могли бы решить эту систему двух уравнений, чтобы найти$i$и$v$.

В случае вашего измерения вы предполагаете, что ваш мультиметр (или осциллограф?) имеет бесконечный входной импеданс. Реальные измерительные устройства имеют реальные входные импедансы, и, как правило, чем выше импеданс (для других эквивалентных характеристик), тем дороже прибор стоит.

В вашем случае вы видите падение 0,45 В на 100 тыс.$\Omega$резистор, который указывает, что ваш измеритель имеет входное сопротивление 1M$\Omega$или так.

Согласно тому, что я знаю о законе Ома, если вы увеличиваете сопротивление, ток уменьшается, но напряжение остается прежним.

Напряжение не остается неизменным из-за закона Ома.

Оно остается прежним, потому что вы подключили источник постоянного напряжения к резистору, а правило для источника постоянного напряжения гласит: «напряжение всегда одинаково».

На вашем рисунке «напряжение» остается прежним, потому что вы сохранили прежнюю высоту водяного столба. Опять же, это не связано с законом Ома.

По моим наблюдениям, я вижу снижение напряжения, если сопротивление «увеличить»

Это неожиданный результат. В большинстве реальных источников напряжения вы должны были увидеть увеличение напряжения на резисторе при изменении его значения. Это связано с тем, что реальные источники напряжения не являются идеальными источниками напряжения, как я объяснил в своем ответе на ваш предыдущий вопрос .

Какая физика стоит за этим? Есть ли другой закон, регулирующий это? Почему это противоречит закону Ома, или есть что-то, что делает это совместимым с законом Ома?

Вы, вероятно, не измеряете то, что вы думаете. Идеальных вольтметров не бывает; все имеют какое-то сопротивление. Это может быть 1 МОм, 10 МОм или даже что-то, что зависит от выбранного диапазона напряжения.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Таким образом, вы фактически подключаете два резистора последовательно к своей батарее, называете их R1 и R2 и измеряете напряжение на одном из них — в данном случае R2.

Посмотрите «делитель напряжения», чтобы узнать, что происходит.

Из падения напряжения, когда вы делаете R1 100K, ваш измеритель составляет примерно 1 МОм.

Согласно тому, что я знаю о законе Ома, если вы увеличиваете сопротивление, ток уменьшается, но напряжение остается прежним.

Это не то, что говорит закон Ома — закон Ома представляет собой взаимосвязь между переменными для тока, напряжения и сопротивления.

1. Если вы увеличите сопротивление и сохраните напряжение таким же, вы увидите уменьшение тока.

2. Если вы увеличите сопротивление и сохраните ток таким же, вы увидите увеличение напряжения.

В противном случае, если вы увеличите сопротивление и ни ток, ни напряжение не будут оставаться постоянными, вы просто увидите, что отношение V = IR сохраняется во всем, что естественным образом изменяется в вашей установке. Любые отклонения, которые вы видите между теоретическими значениями напряжения, тока и сопротивления и вашими измеренными значениями, объясняются реальными внутренними сопротивлениями, ограничениями источника питания и т. д.

Чем выше сопротивление, тем больше поток заряда = ток ограничен.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Логическая схема для любого языка.

Закон Ома связывает только напряжение, ток и сопротивление в металлическом резисторе.

Это не указывает, что что-то остается постоянным! Он просто говорит вам, что если бы вы одновременно измеряли напряжение, ток и сопротивление, все они были бы связаны законом Ома.

Во многих схемах источники напряжения далеки от идеальных, и уменьшение сопротивления нагрузки приведет к падению напряжения, пусть даже незначительному, даже сопротивление дорожки печатной платы имеет значение, если у вас достаточно разрешения для измерения потенциально субмикровольтных падений. по слаботочным трассам.

Мы можем точно смоделировать то, что произошло в ваших измерениях:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

В чем "секрет"? Входное сопротивление вольтметра (мультиметра) 1 МОм. Вы измеряете напряжение в середине делителя напряжения, состоящего из R1,..., R5 и 1 МОм на землю.

Простой ответ... Настройте свой мультиметр на измерение тока, а не напряжения. Затем повторите тот же тест. Вы увидите, что резисторы с более высоким номиналом дают меньший ток. Это закон Ома!

На самом деле получить разницу между напряжением и током может быть сложно поначалу, если вы самоучка, мне потребовалось некоторое время, чтобы щелкнуть в моей голове. Но как только это происходит, закон Ома кажется очевидным!

Кроме того, без намерения быть снисходительным, держитесь подальше от сети! Даже опытные электронщики умудрялись буквально взорвать свой мультиметр. Парень пытался измерить, какой ток может обеспечить розетка, поэтому он поставил свой измеритель на «ток» и подключил его прямо к сети!

«Текущая» настройка мультиметра, по сути, измеряет короткое замыкание, простой металлический стержень, встроенный в счетчик. Подключение металлического стержня с очень низким сопротивлением к сотням вольт означало достаточно тока, чтобы взорвать уязвимые части внутри счетчика.

Так или иначе, он выжил, чтобы рассказать об этом на онлайн-форуме. Однажды он переустановил автоматический выключатель и восстановил электричество в доме.

Ваш следующий эксперимент может состоять в последовательном соединении двух резисторов и измерении напряжения на каждом из них. Соедините два резистора последовательно, а другие их концы к клеммам батареи. На этот раз установите измеритель на напряжение и поместите щупы по обе стороны от одного резистора. Обратите внимание на напряжение на каждом из них. Затем сделайте то же самое с другими значениями резистора.

Обратите внимание, что напряжения на резисторах, сложенные вместе, всегда равны напряжению питания, в данном случае напряжению батареи. Обратите внимание, что ток через комбинированную цепь эквивалентен сложенным вместе сопротивлениям, подключенным к этому напряжению.

Более продвинутые вещи...

Держите в голове понятия силы тока и напряжения . По сути, напряжение «подталкивается» аккумулятором. Ток «вытягивается» из него устройством, будь то радио, свет или просто пара резисторов.

Напряжение выталкивается, ток вытягивается. Таким образом, при одном и том же напряжении ток в цепи будет зависеть от ее полного сопротивления. Напряжение остается прежним, ток меняется.

[шепотом] за исключением... иногда... когда вы перегружаете источник питания, будь то адаптер или батарея. Если вы попытаетесь получить больший ток, чем способен источник, напряжение этого источника упадет. На самом деле он будет падать до тех пор, пока его напряжение не совпадет с протекающим током, умноженным на сопротивление нагрузки! Так что закон Ома упирается в пятки, и его НЕЛЬЗЯ нарушать!

Конечно, когда его напряжение падает, ток тоже падает, так как V=IxR. Напряжение будет падать до тех пор, пока ток, который он может обеспечить, не станет равным I в V=IxR.

Это такой же закон, как гравитация, его нельзя игнорировать.