Закон Ома

Закон Ома — Один из самых применяемых законов в электротехнике. Данный закон раскрывает связь между тремя важнейшими величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Выявил эту связь Георгом Омом в 1820-е годы именно поэтому этот закон и получил такое название.

Формулировка закона Ома следующая:
Величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Эту зависимость можно выразить формулой:

I=U/R

Где I – сила тока, U — напряжение, приложенное к участку цепи, а R — электрическое сопротивление участка цепи.
Так, если известны две из этих величин можно легко вычислить третью.
Понять закон Ома можно на простом примере. Допустим, нам необходимо вычислить сопротивление нити накаливания лампочки фонарике и нам известны величины напряжения работы лампочки и сила тока, необходимая для ее работы (сама лампочка, чтобы вы знали имеет переменное сопротивление, но для примера примем его как постоянное). Для вычисления сопротивления необходимо величину напряжения разделить на величину силы тока. Как же запомнить формулу закона Ома, чтобы правильно провести вычисления? А сделать это очень просто! Вам нужно всего лишь сделать себе напоминалку как на указанном ниже рисунке.

Теперь закрыв рукой любую из величин вы сразу поймете, как ее найти. Если закрыть букву I, становится ясно, что чтобы найти силу тока нужно напряжение разделить на сопротивление.
Теперь давайте разберемся, что значат в формулировке закона слова « прямо пропорциональна и обратно пропорциональна. Выражение «величина силы тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку» означает, что если на участке цепи увеличится напряжение, то и сила тока на данном участке также увеличится. Простыми словами, чем больше напряжение, тем больше ток. И выражение «обратно пропорциональна его сопротивлению» значит, что чем больше сопротивление, тем меньше будет сила тока.

Рассмотрим пример с работой лампочки в фонарике. Допустим, что для работы фонарика нужны три батарейки, как показано на схеме ниже, где GB1 — GB3 — батарейки, S1 — выключатель, HL1 — лампочка.

Примем, что сопротивление лампочки условно постоянно, хотя нагреваясь её сопротивление увеличивается. Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, представьте, что вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение.

Что случится с лампочкой?
Она будет светить более тускло (сила тока уменьшилась), что подтверждает закон Ома:
чем меньше напряжение, тем меньше сила тока.

Вот так просто работает этот физический закон, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.
Бонус специально для вас шуточная картинка не менее красочно объясняющая закон Ома.

Это была обзорная статья. Более подробно об этом законе, мы говорим в следующей статье «Закон Ома для участка цепи», рассматривая всё на других более сложных примерах.

Если не получается с физикой, английский для детей (http://www.anylang.ru/order-category/?slug=live_language) как вариент альтернативного развития.

---

Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

---

Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ

Сила тока в проводнике зависит не только от напряжения электрического поля в нём. Она зависит ещё от самого проводника: от его формы, размеров, от того, из какого материала он сделан. При одном и том же напряжении поля токи в разных проводниках будут различными.

Возьмём кусок медной проволоки длиной в 100 метров с поперечным сечением в 4 квадратных миллиметра. Создадим на концах её напряжение в один вольт. Амперметр покажет в этом случае силу тока в 2,2 ампера.

При том же напряжении, в таком же куске железной проволоки ток будет равен только 0,44 ампера, а в такой же проволоке, но сделанной из нихрома (сплав никеля, железа и хрома) — всего лишь 0,03 ампера.

Медь, железо и нихром обладают различным электрическим сопротивлением. Сопротивление меди мало, железа — больше, а нихрома — очень велико.

Сопротивление зависит не только от материала проводника, но и от формы и размеров его. У толстой проволоки сопротивление меньше, чем у тонкой, у длинной — больше, чем у короткой. Чтобы понять, почему это так, надо выяснить, чем вызвано сопротивление проводников электрическому току. Об этом мы расскажем дальше.

За единицу сопротивления принято сопротивление такого проводника, в котором напряжение в один вольт создаёт ток в один ампер. Такое сопротивление называется один ом.

Итак, сила тока в проводнике зависит от напряжения поля на концах его и от сопротивления проводника. Чем больше напряжение, тем больше сила тока. Чем больше сопротивление, тем сила тока меньше.

Чтобы узнать, какова сила тока, надо разделить напряжение, созданное полем на концах проводника, на сопротивление этого проводника.

На практике силу тока обычно не вычисляют, а измеряют амперметром. Напряжение тоже измеряют. А зная напряжение и силу тока, не трудно уже вычислить сопротивление проводника.

Так как

напряжение

сила т о к а = напряжение /сопротивление ,

 

ТО

сопротивление =напряжение / сила т о к а ,

 

На зажимах дугового фонаря, изображённого на рис. 12, создано напряжение в 55 вольт. Через дугу идёт ток в 5 ампер. Значит, сопротивление горящей дуги равно

55 / 5 = 11 ом.

 

Электрическим сопротивлением обладают не только металлы, но и все другие тела.

Особенно велико сопротивление изоляторов (кварц, резина, стекло, фарфор и др.). Если бы в изоляторах абсолютно не было свободных зарядов (электронов, ионов), то сопротивление их было бы бесконечным. Самое высокое напряжение не вызывало бы в изоляторах тока.

На самом деле таких идеальных изоляторов не существует. В любом изоляторе имеется небольшое число оторвавшихся от своих мест электронов и ионов. Поэтому и в изоляторах при наложении поля возникает ток.

Токи в изоляторах так малы, что даже при высоких напряжениях их удаётся обнаружить лишь с помощью специальных,

Электрическое сопротивление

(Слайдя  1)

Цель: создать условия для формирования у обучающихся представления об электрическом сопротивлении, его зависимости от разных величин через проведение фронтальных экспериментальных заданий и демонстрацию интерактивной модели  электрического тока в металлах.

Задачи:

• Образовательные:
  • формировать у учащихся представление об электрическом сопротивлении проводников как физической величине;
  • дать объяснение природе электрического сопротивления на основании электронной теории при демонстрации интерактивной модели электрического тока в металлах;
  • показать зависимость сопротивления от размеров проводника при проведении фронтальных экспериментальных заданий.
• Воспитательные:
  • воспитывать самостоятельность и инициативу учащихся,
  • пробуждать интерес к предмету,
  • способствовать воспитанию таких качеств, как: наблюдательность, внимание, аккуратность.
• Развивающие:
  • развивать умения наблюдать физические явления, анализировать результаты эксперимента, делать обобщения и выводы.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Вид урока: смешанный.

Оборудование:

• Демонстрационное оборудование: источник питания, амперметр, вольтметр, реостат ползунковый, набор сопротивлений, ключ, провода с наконечниками.
• Лабораторное оборудование: набор сопротивлений 1, 2 и 4 Ом.
• Мультимедийное оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, звуковые колонки, экран,  презентация, видеофрагмент «Электрический ток в металлах» Физика.1С: Школа. Библиотека наглядных пособий. Дрофа.
• Учебник: Перышкин А.В. Физика.8кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2011,

ХОД УРОКА

1. Организационный  момент

2. Актуализация знаний

Составьте тексты из фраз А, Б, В (слайд  2)

	А	Б	В
1.	Сила тока равна…	…отношению работы тока на данном участке…	…к электрическому заряду, прошедшему по  участку.
2.	Напряжение равно…	…отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника…	…ко времени прохождения заряда
3.	Амперметр включают в цепь…	…параллельно участку цепи	Единицы измерения –  В
4.	Вольтметр включают в цепь…	…последовательно с потребителем.	Единицы измерения –  А

Код ответов (Слайд 3)

1А,2Б, 2В
2А, 1Б, 1В
3А, 4Б, 4В
4А, 3Б, 3В

– К каким точкам нужно подключить ВОЛЬТМЕТР, чтобы измерить напряжение на резисторе (Слайд 3, по щелчку) Ответ –  CD (Слайд 3, по щелчку)

3. Инструктаж по технике безопасности.

– Как называется такое соединение? (Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение, такое  включение называется  параллельным.)
– Как включают амперметр в цепь? (Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.)
– Что обязательно следует учитывать при включении амперметра и вольтметра? (Соблюдать полярность приборов и источника питания.)

4. Сообщение темы и цели урока.

– Сегодня на уроке мы будем изучать новую физическую величину Электрическое сопротивление (Слайд 4) Наша цель: выяснить в чем причина сопротивления от каких величин зависит

5. Изучение нового материала

План изложения нового материала (Слайд 4)

1. Электрическое сопротивление.
2. Зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.
3. Удельное сопротивление.

1. Демонстрация опыта:

– Проведем эксперимент (слайд 5), цель которого – показать, что сила тока в проводнике зависит не только от напряжения, но и от свойств самого проводника. Собираем электрическую цепь из источника тока и медной проволочки на колодке, выключателя, амперметра и вольтметра, реостата. Замыкаем цепь и записываем показания амперметра и вольтметра. Будем менять силу тока в цепи и измерять напряжение на участке, где включен резистор. Сделаем эти измерения с тремя резисторами. Вместо медной проволоки включаем железную такой же длины и сечения. Сила тока в цепи уменьшается. Если же включить никелиновую проволочку, то сила тока опять уменьшается. Вольтметр же при подключении к концам этих проволочек показывает одинаковое напряжение. (Слайд 6)

Вывод: сила тока в цепи  зависит от свойств проводников, включенных в цепь. Для всех трех случаев найдем отношение напряжения к силе тока. (Слайд 6, по щелчку)
В каждом из случаев напряжение прямо пропорционально силе тока: U ~ I.
Коэффициент пропорциональности – это из области математики.
А какое отношение эти числа 1, 2, 4 имеют к природе к току, к напряжению?

–  Вы видели, что сила тока и напряжение менялись, а коэффициент пропорциональности оставался неизменным. Он изменялся только тогда, когда мы заменяли проводник.

Вывод: коэффициент пропорциональности отражает какое-то свойство проводника! Его назвали электрическим сопротивлением!

Итак, сразу три открытия:

1) Напряжение прямо пропорционально силе тока  U ~I.
2) Сопротивление можно определить с помощью амперметра и вольтметра:
3) Чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока.

2. Работа с интерактивной моделью.

–  Рассмотрим движение и взаимодействие частиц, из которых состоит проводник (Слайд 7, гиперссылка на видеосюжет)
–  Как движутся в проводниках свободные, отрицательно заряженные  электроны? (Беспорядочно, хаотично)
–  Как движутся в проводниках положительно заряженные ионы? (Колеблются около своего места)
–  Что представляет собой электрический ток в металлах? (Упорядоченное, направленное движение электронов проводимости под действием электрического поля). (Слайд 8)
–  Как движущиеся под действием электрического поля электроны проводимости взаимодействуют друг с другом? (Отталкиваются)
–  Как взаимодействуют те же электроны с положительно заряженными ионами кристаллической решетки проводника? (Притягиваются)
–  Электрическое поле ионов тормозит движение электронов, и скорость направленного движения потока их уменьшается.
Число электронов, прошедших через поперечное сечение проводника меньше в единицу времени. Взаимодействие электронов и с ионами – в результате чего наблюдается торможение электронов проводимости ионами кристаллической решетки металлов, и есть причина сопротивления.

Вы можете спросить, неужели так просто открываются законы природы (Слайд 9) Нет. У ученых того времени не было тогда тех приборов, которыми пользуемся мы с вами. У Георга Ома не было ни стабильного источника тока, ни амперметра, ни вольтметра. У него была другая установка.

Итак: (Слайд 10) – опорный конспект (ОК)

Электрическое сопротивление – физическая величина, обозначается  R

[R] = Ом. За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1В сила тока равна 1А.

В лабораторной работе использовались резисторы с сопротивлением

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

Применяются и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килом (кОм), мегаом (Мом)
Прибор для измерения сопротивления – Омметр.
Причиной электрического сопротивления являются столкновения электронов при своем движении с ионами кристаллической решетки. Чем больше столкновений, тем больше сопротивление.

3. Выполнение фронтальных экспериментальных заданий

Проблема:

– От чего и как зависит сопротивление проводника Чтобы разобраться в этом вопросе выполните экспериментальное задание.

Порядок выполнения работы

1) Рассмотрите имеющиеся у вас проволочные спирали. Запишите в тетрадь их паспортные данные (значения сопротивлений и допустимой силы тока)

2) Сравните длины проводов спиралей сопротивлением 1 и 2 Ом, подсчитав число их витков. Полагая, что обе спирали изготовлены из одного и того же материала, и имеют одинаковое сечение, сделайте вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины.

3) Сравните длины проводов, из которых сделаны спирали сопротивлением 2 и 4 Ом. Оцените ориентировочно сечение проводов. Сделайте вывод о зависимости сопротивления проводника от площади его поперечного сечения.

4) Сформулируйте общий вывод о зависимости сопротивления проводника от его длины и площади поперечного сечения. Вывод запишите в тетрадь.

Выводы: сопротивление проводника зависит:

• от длины проводника – чем больше длина, тем больше столкновений, тем больше сопротивление;
• от сечения – чем больше сечение, тем больше электронов проходит через проводник в единицу времени, тем меньше сопротивление;
• от свойств материала, обусловленных сопротивлением кристаллической решетки проводника (расположением атомов и расстоянием между ними).

4. Объяснение учителем нового материала

(Слайд 10) – опорный конспект (ОК) – продолжение.

Впервые это было экспериментально показано Г.Омом. Он установил, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала

Удельное сопротивление.

Если обозначить сопротивление проводника буквой – R, его длину буквой  – l, а площадь поперечного сечения – S, то формула для вычисления сопротивления будет иметь такой вид:

 

где  – коэффициент, характеризующий электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. Этот коэффициент называется удельным сопротивлением вещества. Это такое сопротивление, которым обладает проводник из данного материала длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1м².  Для измерения используют:  или по формуле

5. Работа с учебником.

Рассмотрим таблицу удельных электрических сопротивлений некоторых веществ. (Табл. № 8, стр. 105.Учебник Физика-8, А.В.Перышкин) Поскольку сопротивление металлических проводников зависит от температуры (оно увеличивается при повышении температуры), то в таблице приводятся значения удельных сопротивлений для температуры 20^оС
– Удельное сопротивление никелина  . Что это значит?
– Какие из веществ относятся к лучшим проводникам электричества?

Из таблицы следует, что серебро и медь – лучшие проводники электричества.

– Для нагревательных элементов удобно использовать вещества с большим удельным сопротивлением, назовите такие вещества нихром, удельное сопротивление никелина  .

6. Закрепление изученного. Решение задач

Задача 1

Вычислите сопротивление, если

1)   I = 3 А       U = 15 В

2)   I = 0,3 А       U = 3 В

Задача 2

Каково сопротивление медного провода длиной 1м и площадью поперечного сечения 1 мм²

Задача 3

Имеются две алюминиевые проволоки одинаковой толщины. Длина одной 1 м, а другой – 5 м. У какой проволоки  сопротивление меньше и во сколько раз

Задача 4

При устройстве молниеотвода использовали стальной провод сечением 35 мм² и длиной 70 м. Определите его сопротивление.

7. Подведение итогов урока

Тест-контроль (Слайд 14)

Привести в соответствие строки в 1 и 2  графе

Самопроверка:

Код ответов (Слайд 15)

1 –  Г,
2 –  Ж,
3 – Е,
4 – З,
5 – Б,
6 – Д,
7 – В,
8 – И,
9 – А,
10 – К.

Контроль со стороны учителя по поднятой руке учащихся (кто выполнил задание 9-10 правильных ответов –  «5», 7-8 правильных ответов –  «4», 5-6 правильных ответов – «3», есть ли те, кто не справился с заданием)

8. Домашнее задание (Слайд 16)

§  43, 45, 46 выучить определения, формулы
Упр.18(1, 2), 20(1, 2)

Экспериментальное задание.

По паспортным  данным лампочек елочных гирлянд и карманного фонаря рассчитайте сопротивление нитей накаливания.

Сопротивление изоляции кабельно-проводниковой продукции | ЭлМикс

 

Чем больше сопротивление изоляции провода, тем меньше вероятность ее пробоя электрическим током. Это повышает надежность работы электрооборудования и увеличивает безопасность его использования.

Защитная оболочка проводника зависит от следующих факторов: воздействия окружающей среды, времени, а также силы тока. Чем больший ток идет в проводящей жиле, тем большая электромагнитная индукция возникает вокруг проводника.

Отсюда увеличивается вероятность пробоя изоляции. При производстве кабеля материалы подбирают таким образом, чтобы сопротивление токопроводящих жил было насколько это возможно меньше, а изоляции наоборот, как можно больше. Износ защитной оболочки может быть как естественным, так и аварийным.

Изменение сопротивления изоляции

Если изолированный провод в процессе эксплуатации не получает каких-либо механических повреждений, не находится в химически агрессивной среде, а также не перегревается от недопустимой силы тока, то сопротивление его защитного слоя изменяется естественным образом. То есть не происходит преждевременного износа изоляции.

Изменение сопротивления изоляции на конкретном участке сети определяется следующим образом. Сначала с помощью мегомметра замеряется изоляция проводника на этом месте. Затем меряют изоляцию аналогичного провода, находящегося в другой цепи. После этого полученные данные сравнивают и делают соответствующие выводы о состоянии защитных покрытий проводов.

Если случается механическое повреждение провода, или когда проводник долгое время находится во влажной либо химически агрессивной среде, происходит аварийное изменение сопротивления изоляции.

При уменьшении сопротивления изоляции на локальном участке в этом месте сосредотачивается ток утечки. В этой связи здесь происходит перегрев кабеля. Это ведет к разрушению защитного покроя провода и последующему короткому замыканию.

Расчетные нормы сопротивлений

Нормативная величина, обозначающая необходимое значение сопротивления изоляции, нужна для оценки состояния покрытий всех проводов электрической сети. Эту величину берут за основу, определяющую диапазон допустимых отклонений. Нормы сопротивлений отдельных типов электрооборудования указаны в таблице:

 

Электрооборудование	Состояние электрооборудования
Электрические машины с частотой вращения до 1000 об/мин мощностью:	холодное	нагретое
до 100 кВт	5	3
от 100 до 1000 кВ	3	1
Трансформаторы	5	1
Распределительные щиты	1	—
Пускорегулирующая аппаратура	5	—
Фидер силовой сети и сети освещения	1	—

 

Сопротивление изоляции связано с ее составом, окружающей средой и условиями эксплуатации оборудования, на которое провода подают электрический ток. Это значение должно быть всегда больше 10 кОм.

 

Урок «СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ» 8 класс

Сопротивление проводников

Цели: формировать представления учащихся о физической величине, называемой сопротивлением, о единице сопротивления, о причине возникновения сопротивления; продолжить формирование практических навыков учащихся: собирать электрическую цепь по схеме, решать задачи на вычисление электрического сопротивления проводников.

Оборудование: источник тока, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода, две пластиковые бутылки, тонкий шланг, зажим, секундомер.

Ход урока

I. Актуализация опорных знаний.

Проверочное тестирование (см. тест далее).

II. Изучение нового материала.

1. Формирование представлений о физической величине – электрическом сопротивлении проводников.

а) Слово учителя. Мы изучили две физические величины, которые используются при описании электрических процессов в цепях. Это – сила тока и напряжение. Какова связь между ними?

Д/э. Изучаем зависимость силы тока от напряжения для одного проводника. Чем больше напряжение на концах проводника, тем больше сила тока в нем (вспомним модель – два сосуда, соединенные трубкой с зажимом).

а б

Запишем показания вольтметра и амперметра в таблицу. Увеличив напряжение в цепи в 2 раза, запишем в таблицу новое значение силы тока и т. д. По полученным данным строим график зависимости силы тока от напряжения. В математике такая зависимость называется прямо пропорциональной.

б) Вопросы и задания:

1. Сила тока в проводнике увеличилась в 3 раза. Что вы можете сказать об изменении напряжения на его концах?

2. Напряжение на концах проводника уменьшили в 4 раза. Как изменилась сила тока в цепи?

3. Сила тока в цепи равна 6 А. Какова сила тока в проводнике, если напряжение на концах проводника уменьшили в 2 раза?

4. На рисунке (рис. 1) показан график зависимости силы тока в проводнике от приложенного напряжения. Определите по графику, чему равна сила тока в проводнике при напряжении 4 В. При каком напряжении сила тока в проводнике равна 0,5 А?

5. На рисунке (рис. 2) показан график зависимости силы тока в проводниках I и II от приложенного напряжения. Определите по графику, чему равна сила тока в проводниках при напряжении 20 В? Почему так получилось? Чем отличаются эти проводники?

Рис. 1 Рис. 2

в) График зависимости силы тока от напряжения построен для двух разных проводников. Обратите внимание, что при одинаковом напряжении сила тока во втором проводнике меньше.

г) Существует особая величина, которая в электрической цепи характеризует сам проводник. Эта величина носит название сопротивление. Чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока в цепи. Значит, проводник II обладает большим сопротивлением. Если сопротивление проводника увеличится в 3 раза, то сила тока уменьшится в 3 раза. Сопротивление проводника обозначают буквой R. Электрическое сопротивление выражается в омах. Эта единица получила название в честь немецкого ученого Георга Ома, открывшего основной закон электрической цепи. 1 Ом – сопротивление проводника при напряжении в 1 В, на концах которого возникает сила тока 1 А, то есть 1 Ом = . Другие единицы сопротивления: миллиом – мОм = 0,001 Ом; килоом – 1 кОм = 10³ Ом; мегаом – 1 МОм = 10⁶ Ом.

2. Формирование представлений о причинах возникновения сопротивления.

А) Учитель. Давайте выясним, от чего зависит сопротивление проводника.

Д/э. Эксперимент с двумя бутылками. Для него нам понадобится секундомер. Наполним левую бутылку доверху. Отпустим зажим. Запустим секундомер. Когда уровни в бутылках уровняются – остановим секундомер. Время запишем. Повторим то же самое, но слегка зажмем шланг (но так, чтобы вода могла течь). Сравним результаты измерений времени в первом и втором опытах. Время во втором опыте, очевидно, будет больше. Вывод: чем тоньше шланг – тем меньше в нем сила водяного тока.

Через спираль лампы за определенное время проходит определенное количество электронов, имеющих электрический заряд. В своем движении электроны взаимодействуют с атомами вещества, из которого состоит проводник, и поэтому скорость их движения остается постоянной. Наглядно это можно представить, если пронаблюдать, как движется металлический шарик по наклонной плоскости, в которую вбиты в определенной последовательности гвозди. На шарик во время скатывания действует постоянная сила тяжести. И скорость шарика возрастает до того момента, пока он не ударится о гвоздь. После этого его скорость вновь будет равна нулю, и он снова начнет ее набирать. В результате при скатывании с длинной наклонной плоскости скорость шарика будет сохраняться постоянной. Чем длиннее плоскость, по которой скатывается шарик, тем большее число соударений с гвоздями он будет испытывать. Электроны, двигаясь по проводнику, сталкиваются с атомами. Следовательно, чем длиннее проводник, тем большее противодействие со стороны атомов испытывают электроны. Можно записать R  l.

Кроме этого, количество электронов, которое способен пропустить проводник, зависит и от площади его поперечного сечения. Действительно, если ограничить площадь поверхности наклонной плоскости, то запустить в него сразу много шариков не получится. Через коридор одновременно сможет пройти только ограниченное число шариков. Следовательно, чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньше его сопротивление. Можно записать, что R  .

– Посмотрите на рисунок, на котором изображены два проводника, сделанные из одного металла. Определите, какой из них обладает наибольшим сопротивлением.

Мы получили, что сопротивление проводника зависит от длины проводника и площади его поперечного сечения: R  . И только? Конечно, сопротивление проводника зависит и от материала, из которого изготовлен этот проводник.

Б) Д/э. Соберем цепь из лампочки, тонкой проволочки и источника тока. При замыкании цепи лампочка загорится. Поменяем эту проволочку на другую – такого же сечения и длины, но изготовленную из другого материала. Накал лампочки изменится. Можно изменение силы тока проследить и при помощи амперметра, включенного в цепь.

В) Вводим понятие «удельное сопротивление». Удельное сопротивление вещества показывает, чему равно сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 мм², например, ρ_cu = 0,017 . Это значит, что 1 м медного провода сечением 1 мм² имеет сопротивление 0,017 Ом.

Г) Итак, сопротивление проводника зависит от материала и его геометрических размеров, то есть R = ρ или R = .

Д) В чем же причина электрического сопротивления? Вспомним, что ток в металлическом проводнике – это направленное движение электронов, сопровождающееся их соударениями с ионами кристаллической решетки металла. Физикой установлено, что во всех кристаллах электроны совершенно одинаковы, а ионы (их размеры, порядок и плотность расположения) – различны. Именно поэтому различные металлы имеют различное электрическое сопротивление.

Демонстрация компьютерной модели движения свободных электронов между ионами кристаллической решетки.

Так как у разных металлов кристаллическая решетка разная, то даже при одинаковых параметрах проводники из разных веществ обладают разным сопротивлением.

Е) Сопротивление проводников зависит от температуры.

Демонстрация компьютерной модели зависимости сопротивления проводника от температуры.

III. Закрепление изученного.

а) Знакомство с типами задач по теме «Сопротивление проводников»:

Б) Решение задач.

№ 1. Используя таблицу в учебнике, определите, какой из металлов обладает наибольшим и наименьшим сопротивлением?

№ 2. Во сколько раз сопротивление железной проволоки длиной 1 м больше сопротивления алюминиевой проволоки той же длины и того же сечения?

№ 3. Можно ли по внешнему виду оценить сопротивление провод-
ника?

№ 4. Рассчитайте сопротивление медного трамвайного провода длиной 5 км и сечением 2 мм².

Дано:

медный провод

l – длина провода = 5 км =

= 5000 м

S – сечение = 2 мм²

ρ – удельное сопротивление
провода равно 0,017

Решение:

Сопротивление можно вычислить
по формуле R = ρ.

R = 0,017 ∙ =

= 42,5 Ом.

Ответ: сопротивление меди =

= 42,5 Ом.

Найти:

R – сопротивление

IV. Подведение итогов урока.

V. Домашнее задание: § 66, 67.

Маршрутный лист изучения темы
«Сопротивление проводников»

Состав группы: ___________________________________

Шаг 1

Знакомство
с физической
величиной –
электрическим сопротивлением проводника

Используя текст учебника или конспект, запиши
в тетрадь ответы на следующие вопросы:

1. Почему проводники обладают сопротивлением?

2. От чего зависит сопротивление проводника?

3. Запиши формулу для вычисления сопротивления проводника. Подпиши, что означает каждая буква.

4. Какова основная единица измерения сопротив-
ления?

5. Какие более крупные единицы сопротивления еще существуют? Запиши их

Пост контроля № 1

Покажи записи в тетради. Получи максимум 5 баллов.

Шаг 2

Знакомство
с величиной, характеризующей электрические свойства матери-ала проводника

Ответь на вопросы:

1 – устно. Имеются два проводника – один медный,
а другой – алюминиевый. Они имеют одинаковую
длину и одинаковое сечение. Одинаково ли их сопротивление? Почему?

2 – письменно. Что называется удельным сопротивлением вещества?

3 – письменно. В каких единицах измеряется удельное сопротивление проводника?

4 – письменно.

Образец. Удельное сопротивление серебра равно
0,016 . Что это значит?

Ответ: это значит, что серебряный проводник
длиной 1 м и сечением 1 мм² имеет сопротивление
0,016 Ом.

а) Удельное сопротивление меди равно
0,017. Что это значит?

б) Удельное сопротивление алюминия равно
0,024. Что это значит?

в) Удельное сопротивление никелина равно
0,4. Что это значит?

Пост контроля № 2
Получи максимум 6 баллов. Вопрос 1 – устно. Записи 2, 3, 4 – письменно.
Шаг 3	Учимся решать задачи на зависимость сопротивления проводника от его параметров	Вопрос 1 – устно. а) Длину проводника увеличили в 2 раза. Как изменилось его сопротивление? б) Длину проводника увеличили в 3 раза. Как изменилось его сопротивление? в) Длину проводника уменьшили в 4 раза. Как изменилось его сопротивление? Вопрос 2 – устно. а) Сечение проводника уменьшили в 3 раза. Как изменилось сопротивление проводника? б) сечение проводника увеличили в 2 раза. Как изменилось сопротивление проводника? 3. Вычислить сопротивление медного проводника длиной 10 м и сечением 1 мм2. 4. Вычислить сопротивление алюминиевого проводника длиной 2 м и сечением 3 мм2
Пост контроля № 3
За задание 1 – получи максимум 3 балла. За задание 2 – получи максимум 2 балла. За задания 3 и 4 – получи максимум 4 балла
Первый пункт оценивания. За 15–19 баллов получи «3». За 20 баллов получи «4»
Шаг 4	Учимся решать задачи на зависимость сопротивления проводника от его параметров	Выполни задание на карточке-рисунке.
1. начертите принципиальную схему электрической цепи, изображенной на рисунке. 2. Укажите на вашей схеме знаками (+, –) полярность зажимов измерительных приборов. 3. Определите величину сопротивления резистора R
Пост контроля № 4
За правильное и полное выполнение задания получи максимум 4 балла
Второй пункт оценивания. За 23–24 балла получи «5»

Резистор тока., калькулятор онлайн, конвертер

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки

Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток)

История открытия закона Ома для участка цепи

Вспомним, что несколько предыдущих уроков были посвящены изучению таких физических величин, как сила тока, напряжение и сопротивление. Мы рассмотрели природу возникновения электрического сопротивления, единицу его измерения и вкратце указали, от каких общих факторов оно зависит. Также мы знаем, что сила тока зависит от электрического поля, которое возникает в проводнике, а напряжение зависит от работы этого поля. Но электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, которое также характеризуется работой электрического тока. Следовательно, должна быть какая-нибудь связь между всеми этими понятиями: сила тока, напряжение, сопротивление.

Впервые определил эту зависимость в 1826 году немецкий физик Георг Ом (1789–1854) (рис. 1). Он провел очень большое количество экспериментов, в которых, прежде всего, исследовал зависимость силы тока в цепи от напряжения. Проводились его эксперименты следующим образом: ничего не меняя в электрической цепи, он подключал к ней различное большее число источников тока, в результате чего увеличивалось напряжение, подаваемое в цепь, что приводило к увеличению силы тока. Такие многочисленные эксперименты привели к получению закона силы тока от электрического сопротивления.

Рис. 1. Георг Ом (Источник)

Опишем схему проведения экспериментов Георга Ома. В электрическую цепь он подключал проводник, на котором с помощью вольтметра и амперметра измерялись напряжение и сила тока соответственно, ключ и источник тока (рис. 2)

Обратим внимание на то, что в цепи подключено несколько источников тока, и изменение их количества позволяет пронаблюдать за изменением силы тока в цепи в зависимости от напряжения

Рис. 2. Схема экспериментов Г. Ома

В результате измерений прослеживается зависимость , где напряжение измеряется на зажимах AB, т. е. на проводнике.

Для того чтобы пронаблюдать зависимость силы тока от сопротивления, в той же цепи теперь следует не менять количество источников тока, а менять проводники, т. е. сопротивление цепи. Георг Ом поступил следующим образом: вместо одного проводника он подключил другой с вдвое большей длиной, т. е. с вдвое большим сопротивлением (почему это так, вы узнаете на следующем уроке). Аналогично он подключал и проводники с другими длинами и получил зависимость такого вида: . Т. е. при увеличении сопротивления проводника сила тока в нем уменьшается.

На графике зависимость силы тока в проводнике от сопротивления выглядит следующим образом (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость силы тока в проводнике от сопротивления

Такая зависимость называется обратно пропорциональной. Эту зависимость Ому пришлось достаточно долго получать, но именно это и привело его к выводу важнейшего закона электродинамики – закону Ома для участка цепи. Собрав вместе те две зависимости, которые мы показали выше, Ом и пришел к своему закону.

Применение задач на практике

Стоит отметить, что для решения конкретных технических задач, подобных решенной ранее, обычно используются данные, которые получают при помощи приборов. Например, имеется катушка с намотанным на нее проводником. Требуется измерить, например, длину этого проводника. Разматывать катушку не имеет смысла, поскольку провод может быть очень длинным. Как же тогда поступить?

Рис. 3. Схема для измерения длины проводника в катушке

По небольшому образцу такого провода измеряют площадь его сечения. По внешнему виду проводника можно определить материал, из которого он сделан, а значит, и узнать его удельное сопротивление. Далее катушку (обозначена желтым цветом на рис. 3) подключают к источнику тока и при помощи амперметра и вольтметра определяют напряжение на этой катушке и силу тока, протекающего по проводнику, который намотан на эту катушку. В результате получаем задачу, похожую на ту, что мы решали ранее, но найти надо длину проводника. Используя формулу для сопротивления и закон Ома, получим:

В заключение стоит сказать, что такие задачи не являются трудными, но достаточно показательны. Из большого количества величин, данных в задаче, можно легко получить значение требуемой величины.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети интернет

1. Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» (Источник).
2. ПроШколу.ру (Источник).
3. Электрознайка (Источник).

Домашнее задание

1. Стр. 106–108: вопросы № 1–4. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
2. Длина и площадь поперечного сечения алюминиевого и железного проводов одинаковые. На них подается одинаковое напряжение. В каком из проводов сила тока будет больше?
3. Можно ли вычислить напряжение в проводнике, зная силу тока в нем, его длину и площадь сечения, но не зная, из какого материала он сделан?
4. Для уменьшения потерь энергии соединительные провода делают так, чтобы ток в них был как можно меньше. Для этого их должны делать большего или меньшего диаметра?

Если известна мощность и напряжение

Допустим вам нужно найти силу тока в цепи, при этом вам известны только напряжение и потребляемая мощность. Тогда чтобы её определить без сопротивления воспользуйтесь формулой:

P=UI

После несложных мы получаем формулу для вычислений

I=P/U

Следует отметить, что такое выражение справедливо для цепей постоянного тока. Но при расчётах, например, для электродвигателя учитывают его полную мощность или косинус Фи. Тогда для трёхфазного двигателя его можно рассчитать так:

Находим P с учетом КПД, обычно он лежит в пределах 0,75-0,88:

Р1 = Р2/η

Здесь P2 – активная полезная мощность на валу, η – КПД, оба этих параметра обычно указывают на шильдике.

Находим полную мощность с учетом cosФ (он также указывается на шильдике):

S = P1/cosφ

Определяем потребляемый ток по формуле:

Iном = S/(1,73·U)

Здесь 1,73 – корень из 3 (используется для расчетов трёхфазной цепи), U – напряжение, зависит от включения двигателя (треугольник или звезда) и количества вольт в сети (220, 380, 660 и т.д.). Хотя в нашей стране чаще всего встречается 380В.

Труд электричества

Механические устройства и электрические приборы предназначены для выполнения работы. Согласно второму закону Ньютона, кинетическая энергия, которая воздействует на материальную точку в течение определённого промежутка времени, совершает полезное действие. В электродинамике поле, созданное разностью потенциалов, переносит заряды на участке электрической цепи.

Объём, производимой током работы, зависит от интенсивности электричества. В середине XIX века Д. П. Джоуль и Э. Х. Ленц решали одинаковую проблему. В проводимых опытах кусок проволоки с высоким сопротивлением разогревался, когда через него пропускался ток. Учёных интересовал вопрос, как вычислить мощность цепи. Для понимания процесса, происходящего в проводнике, следует ввести следующие определения:

• P — мощность.
• A — работа, совершаемая зарядом в электрической цепи.
• U — падение напряжения в проводнике.
• I — сила тока.
• Q — количество электрических зарядов, переносимых в единицу времени.

На участке цепи разность потенциалов в точках a и b совершает работу по перемещению электрических зарядов, которая определяется уравнением: A = U ∙ Q. Ток представляет собой суммарный заряд, прошедший в проводнике за единицу времени, что математически выражается соотношением: U ∙ I = Q ∕ ∆t. После преобразований получается формула мощности электрического тока: P = A ∕ ∆t = U ∙ Q ∕ ∆t = U ∙ I. Можно утверждать, что в цепи проводится работа, которая зависит от мощности, определяемой током и напряжением на контактах подключённого электрического устройства.

https://youtube.com/watch?v=qlrK_QDR7Ow

Изменение сопротивления:

На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.

Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.

Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.

Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт. В зависимости от сопротивления  увеличивается и уменьшается сила тока

В зависимости от сопротивления  увеличивается и уменьшается сила тока.

Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.

Чем меньше сопротивление тем больше мощность

Мы установили на опытах, что сила тока зависит от двух величин: напряжения (U) и сопротивления (R).

Чем выше напряжение, тем больше ток.
Чем больше сопротивление, тем меньше ток.
Когда одновременно увеличиваются в 2 раза и напряжение, и сопротивление, сила тока не меняется. Если напряжение увеличивается вдвое, а сопротивление — вчетверо, ток в итоге уменьшается в 2 раза. В конечном счете можно сделать вывод, что сила тока равна отношению (дроби) напряжения и сопротивления:

Этот закон был открыт в XIX в. учителем физики Георгом Омом (1787 – 1854), за что и назван законом Ома.
Способ вычисления сопротивления из закона Ома:

Теперь понятна причина опасности короткого замыкания — при ничтожно малом сопротивлении сила тока резко возрастает, что легко может вызвать пожар.

Саб Ом — значение ниже 1 Ом. Чем меньше сопротивление -> тем больше мощность -> быстрее нагрев спирали -> нагрев спирали до больших температур -> больше пара -> пар теплее -> из-за повышения температур у всего, ведет к повышенной нагреваемости устройства парения.

Мощность рассчитываем по формуле: P = V*V / R (Напряжение в квадрате деленное на сопротивление)
Итого, например:
R = 0.8 Ом, V = 4.2В -> P = 22.05 Вт (W)
R = 0.5 Ом, V = 4.2В -> P = 35.28 Вт (W)
R = 0.2 Ом, V = 4.2В -> P = 88.2 Вт (W)

Как мы говорили ранее, Ом единица измерения выражающая сопротивления цепи протеканию тока. Один Ом сопротивления позволит протекать току в 1Ампер через цепь (через потребителя) когда к ней приложено напряжение в 1 Вольт. Давайте попробуем разобрать это на более понятном примере.

Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).

По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.

Давайте представим, что у нас есть источник питания с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.
Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока — тоесть 0,5 Ампера.
Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24 Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.

Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого. При такой нагрузке в источнике питания скорее всего сгорит предохранитель, возможно такой источник питания даже сгорит сам в условиях перегрузки.

По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.

Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.

Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)

Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука. Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.
Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.

Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.

Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).

Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.

Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.

Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.

Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.

Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.

— Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи
— вы можете отдельно менять Вольтаж и сопротивление
— обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.

Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.

п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя — помните о параллельном и последовательном соединении).

. Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки протеканию электрического тока.

Анализ цепи

— мы можем игнорировать сопротивление провода, если ток, передаваемый по проводам, низкий?

\ $ V = IR \ $ — это не просто то, что вы применяете к схеме в целом. \ $ V \ $ также не обязательно является напряжением, которое вы пропускаете через цепь. \ $ V = IR \ $ — это также способ вычисления падения напряжения на заданном сопротивлении.

Если наша нагрузка имеет относительно высокое сопротивление и, как результат, наш ток \ $ I \ $ мал, это означает, что фактическое воздействие (падение напряжения) проводом с низким сопротивлением будет действительно довольно низким.Если у нас есть \ $ 5 \ \ mathrm V \ $, питающий \ $ 1 \ \ mathrm {k \ Omega} \ $, и провод между источником напряжения и этой нагрузкой с общим сопротивлением \ $ 5 \ \ mathrm {m \ Omega} \ $, тогда общий ток будет \ $ 5 \ \ mathrm V / 1000.005 \ \ mathrm {\ Omega} = 4.999975 \ \ mathrm {mA} \ $. Это означает, что наш провод \ $ 5 \ \ mathrm V \ $ из-за \ $ V = IR \ $ снизит напряжение на: \ $ 4.999975 \ \ mathrm {mA} \ times0.005 \ \ mathrm {\ Omega} = 24.999875 \ \ mathrm {\ mu V} \ $. Да, микровольт 25. За счет провода нагрузка видит напряжение \ $ 0.0005 \ \% \ $ ниже, чем значение \ $ 5 \ \ mathrm V \ $, которое можно было бы ожидать в противном случае.

Низкий ток, если смотреть на полное напряжение в цепи, действительно означает высокое сопротивление для всей цепи . Но нет причин поддерживать постоянное напряжение, поскольку оно не является постоянным в нашей цепи, а скорее будет падать на некоторую величину после каждого последовательно соединенного элемента. Ток одинаков в устройствах, соединенных последовательно, поэтому это означает, что каждый элемент будет падать на долю общего напряжения в цепи, пропорциональную той части общей нагрузки, которую он составляет.

Итак, когда ток низкий, это означает, что падение напряжения чем-то с низким сопротивлением относительно общего сопротивления будет составлять очень небольшой процент от общего напряжения. Таким образом, очень маленькое сопротивление последовательно с очень большим сопротивлением, независимо от того, какое напряжение вы фактически приложите к ним, это маленькое сопротивление всегда будет снижать напряжение только пропорционально той части общего сопротивления, на которую приходится это маленькое сопротивление. И когда этот ток (и, следовательно, напряжение во всей цепи) невелик, падение напряжения, вызванное малым сопротивлением, будет очень небольшим.\ circ C} \ $, с довольно небольшим изменением сопротивления (менее \ $ 0.5 \ \ mathrm {\ Omega} \ $ на градус для версий \ $ 100 \ \ mathrm {\ Omega} \ $) в зависимости от температуры. Для повышения точности измерения обычно используются четыре провода — два провода, по которым проходит «ток возбуждения», обычно несколько \ $ \ mathrm {mA} \ $ через несколько последовательно соединенных резисторов, чтобы вызвать падение напряжения на RTD, и два считывающих провода, которые подключаются к усилителю с очень высоким входным сопротивлением. Это сводит к минимуму ошибку, вызванную сопротивлением проводов в проводах возбуждения, несущих, скажем, \ $ 5 \ \ mathrm {mA} \ $, просто полностью обходя их.Отдельные провода для измерения напряжения и токоведущие провода, подобные этому, распространены в прецизионном оборудовании или в приложениях с очень большим током (где даже низкое сопротивление толстых проводов может привести к значимой ошибке из-за падения напряжения).

Таким образом, не существует определенного порога, при котором автоматически становится полностью безопасным игнорировать мелкие паразиты, такие как сопротивление проводов, из-под контроля. Только вы, зная точное приложение или схему, которую вы разрабатываете, можете сделать это суждение. И большую часть времени на такие мелочи можно не обращать внимания.Только не забывайте о них, потому что они всегда рядом, и будет оказывать на вашу схему незначительное или незначительное влияние .

Паразиты имеют больше вкусов, чем сопротивление. Также всегда присутствуют паразитная индуктивность и емкость. И для дополнительной головной боли все проводящее — это антенна, которая может с радостью принимать или излучать электромагнитные волны, в зависимости от размера. И все, что не является проводящим (диэлектрики), с радостью будет проводить свободные электромагнитные волны там, где проводники будут их поглощать или отражать.И все эти вещи, которые я только что описал, могут перерасти в вашу главную дизайнерскую заботу в зависимости от того, что вы делаете.

Все можно игнорировать. По крайней мере, пока этого не может быть.

Потери

— Почему мы используем кабели с низким сопротивлением, чтобы минимизировать потери мощности?

Попробуем на практическом примере

Предположим, мы хотим привести в действие гирлянду столбовых фонарей в конце очень долгой поездки, скажем, 2000 футов. Для работы нам нужно 60 000 люмен. Для этого потребуется 600 Вт энергии.

Источник постоянного напряжения 120Вт, североамериканский.

Параметры уже есть? 600 Вт. 2000 футов (600 м) с допустимым отклонением 10%, поэтому 540-660 Вт.

Я сумасшедший, поэтому использую провод №14 (2,0 мм2). Это 0,0025 Ом на фут (0,008 Ом / м). Итак, вычислите цифры для нашего 4000-минутного пути туда и обратно, я получаю 10 Ом. Угу .

P = EI. 600 = 120 * I. I = ток 5А.

E = ИК. E = 5 * 10. E = 50 = падение напряжения в проводах.

полезное напряжение при 5 А составляет 70 В.Даёт 350 Вт. Это не соответствует спецификации.

Если мы потянем 6 А, мы получим падение напряжения 60 В и полезную мощность 360 Вт. При 7А мы имеем падение 70 В и возвращаемся к полезной мощности 350 ватт; ясно, что 6А — это пик. Провод №14 не может обеспечить мощность 600 Вт.

Как насчет большего размера 12 AWG (3,3 мм2, 0,0016 Ом на фут)? Он также не может нести 600 Вт. Я подсчитал, и при 8 амперах падение напряжения составляет 51,2 вольт, что дает полезные 68,8 вольт и 550,4 ватт. Это в спецификации, назовем его хорошим . Однако при этом потребляется 960 Вт для выработки 550,4 Вт. Потраченные впустую 410 ватт будут стоить 5 центов в час, а этот расходуется вдвое меньше, так что 215 долларов в год .

Как насчет еще большего диаметра 10 AWG (3,86 мм2, 0,000995 Ом / фут)? Здесь при 6,33 ампера мы падаем на 25 вольт и можем обеспечить полную мощность 600 Вт. Мы тратим 159 ватт за 2 цента в час или 83 доллара в год.

Как насчет того, чтобы перестать валять дурака и выбрать толстый алюминий 1 AWG (42 мм2) (медь таких размеров никто не использует).Это 0,000207 Ом / фут. Здесь при 5,2 ампера мы понижаем 4,3 вольта и получаем целевые 600 Вт. Мы тратим 22 Вт на 0,3 цента в час или 12 долларов в год.

Таким образом, вы можете видеть, где , когда у вас действительно есть работа, прореживание проволоки ничего не спасает

Более реалистичным в данном случае является вставка его в прерыватель на 240 В, простой в североамериканской системе и используемый по умолчанию в Европе.

Теперь с проводом # 14, 600 Вт происходит при 2,84 А, падение 28,4 В (при 240 В дает 211.6), теряя 80 Вт / 42 доллара.

С проводом №12 600 Вт получается при 2,7 А (падение 17,2 В, потеря 46 Вт или 25 долларов в год).

L1: напряжение, ток и сопротивление

Содержание

1. Краткий обзор
   1. Гидравлическая аналогия
2. Что такое ток?
   1. Построение интуиции для тока
   2. Что такое обычный ток по сравнению с потоком электронов?
   3. Общие рабочие токи в цепях
3. Что такое напряжение?
   1. Более точное определение
   2. Общие рабочие напряжения
   3. Относительные напряжения и заземление
   4. Опасно: высокое напряжение!
   5. Как мы можем увеличить давление?
4. Что такое электрическое сопротивление?
   1. Электрическое сопротивление
   2. Повышение проводимости за счет увеличения обхвата провода
   3. Что такое резисторы?
5. Некоторые общие вопросы
   1. Что такое короткое замыкание?
   2. Что такое обрыв?
   3. В чем разница между переменным и постоянным током?
6. Действие
7. Ресурсы
   1. Симуляторы цепей
   2. Текстовые ссылки в Интернете
   3. Ссылки на видео
8. Следующий урок

---

В этом уроке мы узнаем о трех ключевых концепциях электричества: текущий , напряжение и сопротивление , которые составляют основу электроники и схем.Мы также будем использовать онлайн-симулятор схем, чтобы поиграть с базовыми компонентами и углубить понимание.

---

ПРИМЕЧАНИЕ

Этот материал важен. В зависимости от вашего предыдущего опыта работы в области физики или инженерии, некоторые из этих концепций могут быть совершенно новыми и запутанными. Не торопитесь, чтобы понять (и перечитать) разделы — этот материал поможет вам понять , как работают схемы , и , как и , почему мы подключаем и используем электронные компоненты так, как мы.Но это также , а не курс схем или курс физики, поэтому я в основном сосредоточусь на том, что, по моему мнению, является наиболее важным для физических вычислений.

---

Краткий обзор

Итак, что такое напряжение, ток и сопротивление?

Короче говоря, напряжение «проталкивает» электронов через проводящий материал (, например, провод). Величина электронного потока называется током (измеряется в амперах). Некоторые материалы лучше проводят ток, чем другие.Резисторы специально разработаны для сопротивления потоку электронов (сопротивление измеряется в омах).

Рисунок. Юмористическое, но полезное изображение взаимосвязи между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в омах). Желтый символ «вольт» пытается протолкнуть зеленый символ «amp» через трубку (, т. Е. — провод), но красный символ «ом» препятствует этому, ограничивая размер трубки (затягивая веревку, уменьшение его обхвата).Источник изображения неизвестен, но в Интернете есть много примеров и альтернатив.

Какие единицы измерения напряжения, тока и сопротивления?

Так же, как мы измеряем вес в килограммах и температуру в градусах Цельсия, у нас также есть стандартные единицы измерения тока, напряжения и сопротивления (называемые единицами СИ в Международной системе единиц ). Мы будем часто использовать эти величины и измерения в физических вычислениях, поэтому уделите время изучению приведенной ниже таблицы.

Количество	Символ	Единица измерения	Аббревиатура единиц измерения
Ток	\ (I \)	Ампер (или Ампер)	A	Напряжение (В \)	В	В
Сопротивление	\ (R \)	Ом	Ом

Гидравлическая аналогия

Для понимания гидравлических схем мы часто используем аналогии с гидравликой.Например, мы можем рассматривать напряжение как аналог давления воды в водопроводной системе. Увеличение давления воды дает больше силы для продвижения молекул воды по трубам. Вода течет от высокого давления (всасывающая подача) до низкого давления (из открытого клапана). Точно так же увеличение напряжения обеспечивает большую силу для «проталкивания» электронов с высокого электрического потенциала до низкого электрического потенциала через цепь.

Как более широкая водопроводная труба может пропускать больше воды, так и более толстый проводящий провод может пропускать больше тока. Препятствия в трубе, такие как песок или, что еще хуже, глина, могут замедлить поток воды. Эти препятствия похожи на резисторы, которые мы можем вставлять в цепи, чтобы препятствовать прохождению тока (резисторы — это электронные компоненты с менее смещаемыми электронами).

	Электрический	Гидравлический
Скорость потока	Ток, ампер (столбцов / сек)	Скорость потока, галлонов в минуту (галлонов 21 / мин) 19 902 902 902 галлонов в минуту 902 19 902	Напряжение, вольт	Давление, фунтов на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм)
Сопротивление	Сопротивление, Ом (вольт / ампер)	Сопротивление, фунтов на кв. Рисунок. Гидравлическая аналогия немного отличается от описанной выше водопроводной системы. Здесь у нас есть резервуар для воды, наполненный водой с отверстием на дне: по мере увеличения уровня воды давление (напряжение) на воду на дне резервуара также увеличивается, что соразмерно увеличивает количество воды, вытекающей из дыра. Если мы увеличим размер отверстия (уменьшим сопротивление), будет течь больше воды (тока). Примечание: направление анимации показывает условного тока .Водная диаграмма основана на иллюстрации из книги Платта Make: Electronics . Давайте углубимся в каждую из этих концепций, начиная с текущей. Что сейчас? Рисунок. Ток — это поток заряженных частиц, в данном случае электронов, через проводник. На приведенной выше анимации мы иллюстрируем «поток электронов» в виде пунктирной зеленой линии, которая течет от отрицательной клеммы батареи 9 В через светодиод и резистор, а затем обратно к батарее 9 В к ее положительной клемме.Обратите внимание, что это на самом деле противоположно стандартному текущему потоку , но мы вернемся к этому ниже. Анимация из инженерного мировоззрения. Ток — это поток заряженных частиц по проводнику. В цифровых схемах эти заряженные частицы представляют собой электронов, (отрицательно заряженные частицы), движимые электродвижущей силой (напряжением) для перехода от «высокого давления» к «низкому давлению» в цепи. Электрический ток подобен току воды, движущемуся по трубе.Как и в случае с водой, где мы можем направлять поток воды по трубам различной конфигурации и использовать ее кинетическую энергию (, например, , вращая турбину), мы также можем использовать провода для направления потока электронов и использовать их для питания ламп, поворота двигатели, и т. д. Чтобы измерить поток воды, мы могли бы подсчитать количество молекул воды, проходящих мимо данного поперечного сечения трубы за время \ (t \). Точно так же мы можем измерить электрический ток, «подсчитав» количество зарядов, протекающих по проводу.{19} \) электронов в секунду! “- вместо этого мы используем единицу измерения электрического тока в системе СИ, называемую ампер или ампер (A), что просто равно 1 столбцу в секунду: \ [1 A = 1 C / s \] Хотя вам не нужно этого делать при создании прототипов схем, вы, конечно, можете использовать эти формулы для расчета количества электронов, проходящих через поперечное сечение провода за время \ (t \). Мы делаем это ниже на изображении просто для иллюстративных целей: сколько электронов проходит через заданную точку за 3 секунды, если проводник переносит ток 2 А? Ответ: \ (6C \) (6 знаков) или \ (3.{19} \) электроны. Используя приведенные выше формулы, мы можем вычислить количество электронов, которые проходят через поперечное сечение провода за три секунды, если провод проходит через ток 2А. Изображение из главы 2 книги «Практическая электроника для изобретателей » Шерца и Монка. Создание интуиции для тока Важно, как и в вашей домашней водопроводной системе, где вода мгновенно вытекает из крана, когда вы открываете клапан (например, за счет давления воды из водонапорной башни), так же мгновенно течет и ток. при приложении напряжения (например, от аккумулятора).И, что очень важно, молекулы воды, которые касаются вашей руки, не проходят через вашу водопроводную систему в одно мгновение. Вместо этого ваши трубы полностью заполнены водой под давлением — так же, как проводящая проволока заполнена атомами. Когда вы открываете кран, молекулы воды, которые касаются ваших рук, являются молекулами, которые толкают кран этого крана (что-то вроде очереди «первым пришел — первым вышел»). Это похоже на ток в цепи — атомы плотно упакованы в материал с вращающимися электронами.Когда подается напряжение, эти электроны начинают «прыгать» от одного атома к другому через проводник, но не мгновенно перемещаются от A к B (см. Видео). Анимация прыжков зарядов (электронов) от атома к атому под действием приложенного напряжения. Это упрощенная модель, показывающая провод (проводник) толщиной всего в один атом, но помогающий проиллюстрировать каскадное движение электронов в потоке тока. Изображение из Что такое электричество? пользователя Sparkfun.com. Другой способ думать о текущем потоке — это как трубка, заполненная встык мраморными шариками.Если шарик вставлен слева, другой шарик немедленно выйдет из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик проходит лишь небольшое расстояние, передача движения происходит почти мгновенно. В случае электричества общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света; однако каждый отдельный электрон проходит через проводник гораздо медленнее. Действительно, средняя скорость, с которой электроны движутся по проводу из-за приложенного электрического поля, например, от батареи, составляет порядка сантиметров в час (называемая скоростью дрейфа)! Рисунок. Вы можете представить электроны, текущие по цепи, как шарики, плотно упакованные в трубку. Шарику не нужно пересекать всю трубу, чтобы создать движение. Вместо этого, когда шарик вставляется в левую сторону трубки, шарик с правой стороны мгновенно выходит. Изображение из All About Circuits. Смотрите также это видео от Afrotechmods. Что такое обычный ток по сравнению с потоком электронов? Рисунок. На анимации выше мы показываем одинаковых двух электрических цепей, но разницу между потоком электронов и потоком тока .В цепях отрицательно заряженные частицы (электроны) перемещаются от отрицательных выводов батареи (или источника напряжения) к положительным — это называется потоком электронов ; однако при моделировании цепей (и использовании схемных формул) мы используем условный ток , , который движется в противоположном направлении. В электрических цепях мы используем условный ток для моделирования потока заряда от положительного вывода источника напряжения к отрицательному; однако электроны фактически движутся в направлении , противоположном направлению (так называемый поток электронов , ).Это вызывает большое недоумение! Почему? Во всем виноват Бенджамин Франклин. В ранних экспериментах (середина 1740-х годов) Франклин определил, что электричество кажется «текущим», как если бы жидкость в твердом материале. Он предположил, что текущие заряды имеют положительный знак и перешли от положительного к отрицательному. Однако только в 1897 году сэр Джозеф Томсон определил, что реальным носителем заряда в проводе был электрон и что электроны движутся от катода (отрицательного) к аноду (положительному). Рисунок. Франклин считал, что положительные носители заряда перемещаются в проводнике от положительного к отрицательному. Это называется направлением обычного тока , которое используется до сих пор. Вместо этого, как обнаружил Томсон, в проводнике (отрицательно заряженном) движутся электроны, переходящие от отрицательного к положительному. Это называется потоком электронов . Изображение из главы 2 книги «Практическая электроника для изобретателей » Шерца и Монка. Несмотря на эту путаницу, оказывается, что пока вы последовательны, это не имеет значения: движение отрицательных электронов в одну сторону эквивалентно моделированию положительных зарядов, движущихся в другую.Итак, мы склонны использовать условный ток (моделирование потока заряда от положительного к отрицательному) в электронике (, например, в схемах, формулах, и т. Д. ). Математика все равно будет работать, и даже мнемоника, такая как правило правой руки, основана на обычном токе (наведите указатель пальца в направлении тока \ (I \), см. Направление электрического поля \ (B \)). Общие рабочие токи в цепях Когда вы начнете работать с физическими вычислениями, вы лучше поймете « Что такое большой ток? vs.{17} \) электронов / сек. Большинство портов USB обеспечивают питание 5 В с максимальным током 0,5 А (500 мА). Некоторым электрическим компонентам, таким как двигатели или длинная цепочка светодиодных ламп, требуется больший ток (так называемые «сильноточные нагрузки»), чем может обеспечить микроконтроллер или порт USB. В этих случаях мы можем использовать внешний источник питания, управляемый транзистором. Что такое напряжение? Рисунок. Вы можете думать о напряжении как о том, что «толкает» электроны по цепи.Анимация из видео с объяснением напряжения от The Engineering Mindset. Хорошо, так если ток течет заряда в цепи? Что заставляет эти обвинения двигаться? Подобно магнитам, заряды с одинаковым знаком отталкиваются друг от друга (, например, электронов отталкиваются друг от друга, потому что все они заряжены отрицательно), а заряды с противоположными знаками притягивают друг друга (, например, электронов и протонов). ). Батарея использует химические реакции, чтобы вызвать скопление электронов на отрицательной клемме — это создает «давление» или электрическую разницу между двумя клеммами батареи. Когда вы подключаете клеммы батареи (, т.е. замыкают цепь), потоки электронов изменяют этот дисбаланс с отрицательной клеммы на положительную. Но помните, что с обычным током мы моделируем движение заряда в другом направлении, поэтому мы показываем ток, идущий от положительного вывода к отрицательному; в этом случае мы называем заряды на положительном выводе имеющими высокую потенциальную энергию, а заряды на отрицательном выводе — как имеющие низкую потенциальную энергию. Короче говоря, вы можете представить себе напряжение как давление в водопроводной трубе: чем больше давление, тем больше воды проходит через трубу.Точно так же, увеличивая напряжение, мы можем «протолкнуть» больше электронов через провод. Действительно, Википедия называет Voltage «электрическим давлением», «электродвижущей силой» и «разностью электрических потенциалов», чтобы зафиксировать этот толкающий (или отталкивающий) эффект. Это разумное концептуальное приближение: вы можете думать о напряжении как о мере «давления», которое вызывает протекание тока. Между двумя компонентами, если существует разность электрических потенциалов 0 В, ток не будет течь. Более точное определение Точнее, напряжение — это работа, необходимая для переноса заряда из одного места в другое в электрическом поле. Напряжение дает нам представление о том, сколько «толкающей» силы имеет электрическое поле, и определяется как электрическая потенциальная энергия на единицу заряда (, например, электронов), которая измеряется в джоулях на столбец (вольт): \ [ 1 \ V = 1 \ джоуль \ (из \ работы) / 1 \ кулон \ (из \ заряда) \] Поскольку джоуль — это единица энергии , напряжение вводит очень важную и необходимую концепцию: потенциал делать работа ( эл.г., для питания лампочки, раскрутки мотора)! Рисунок. Анимация, показывающая аналогию между электрической цепью и «водяной» цепью. В батарее электрический потенциал зарядов увеличивается по мере их движения к положительному выводу (более высокое напряжение) — этот потенциал падает по мере выполнения работы (, например, , протекает через резистор). Точно так же молекулы воды, перекачиваемые на более высокие высоты, имеют на более высокий потенциал для выполнения работы; этот потенциал уменьшается, когда вода течет на более низкие возвышения или используется для выполнения работ ( e.г., раскрутить турбину). Обратите внимание, что в этих системах не теряются заряды (или молекулы воды), но потенциальная энергия этих частиц преобразуется в другие формы (, например, кинетическая, тепловая). И точно так же, как мы можем использовать «энергию» проточной воды для выполнения работы — например, для вращения турбины — мы также можем использовать протекающий ток для выполнения работы. Когда электроны движутся по цепи и выполняют работу (приводят в движение двигатель, нагревают провод, включают свет), они начинают терять свой «электрический потенциал».См. Анимацию выше. Стандартные рабочие напряжения В цифровых схемах обычные рабочие напряжения относительно малы — например, 3,3 В или 5 В — по сравнению с напряжением, подаваемым вашей настенной розеткой (которое в США составляет 120 В!). Популярный микроконтроллер ESP32 работает от 3,3 В, а платы Arduino Uno и Arduino Leonardo работают от 5 В. Зарядное устройство для моего Apple iPhone выдает 5 В и может обеспечивать ток до 2 А. Важно отметить, что вы не хотите подавать напряжение, выходящее за пределы указанного входного напряжения электрического компонента, иначе вы рискуете повредить вещи.Поэтому очень важно, чтобы вы прочитали спецификацию компонента перед его использованием (что мы узнаем, как это сделать на следующих уроках). Относительное напряжение и земля По определению, напряжение — это разность электрического потенциала между двумя точками . Когда мы фактически начнем измерять напряжения в цепи (с помощью мультиметра), вы заметите, что мы не можем просто разместить в цепи один щуп. Вместо этого мы должны разместить два пробника в разных местах, чтобы измерить разницу напряжений между ними (также называемую падением напряжения ). Для упрощения расчетов мы выбираем какую-либо точку в цепи — обычно точку с наименьшим электрическим потенциалом (, например, проводов, подключенных к отрицательной клемме батареи) — как 0 вольт. Как отмечает Бартлетт (Глава 4.3), « Эта« нулевая точка »имеет несколько названий, наиболее популярным из которых является земля (часто сокращенно GND ). Он называется заземлением, потому что исторически физическое заземление часто использовалось в качестве опорного напряжения для цепей . Возвращаясь к аналогии гравитационного напряжения, сколько потенциальной энергии имеет камень, достигнув земли? Никто! Чтобы камень получил потенциальную энергию, нам нужно выполнить работу , чтобы поднять камень. Опасно: высокое напряжение! Вы могли видеть такие предупреждения, как: ОПАСНОСТЬ: ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ , но вы также могли слышать противоречивые фразы вроде « убивает не напряжение, а ток. ”Как оба могут быть правдой? Ну, в некотором смысле: они есть.Высокое напряжение может протолкнуть через ваше тело больше тока, чем низкое напряжение, и именно ток может сжигать ткани, препятствовать контролю над мышцами и вызывать фибрилляцию сердца. Действительно, люди могут чувствовать, что через их тела проходят токи постоянного тока величиной 0,6–1,0 мА, токи 40–60 мА вызывают боль, а ток ~ 90 мА и более достаточен для остановки сердца / дыхания. Но — и это важное но — наши тела обладают довольно высоким сопротивлением. И напряжения, с которыми мы работаем (обычно 3.3 В и 5 В) просто недостаточно высоки, чтобы «протолкнуть» ток через наши тела. Однако влажная кожа может снизить вашу сопротивляемость, а металлические украшения могут вызвать случайное короткое замыкание (и, возможно, термические ожоги). Так что будь осторожен. Как правило, самая опасная электрическая вещь в вашем доме — это линейное напряжение, выходящее из ваших домашних розеток (120 В при 60 Гц в США и 240 В при 50 Гц во многих других странах). Никогда не открывайте какое-либо электронное устройство, пока оно подключено к сети, и даже в этом случае будьте осторожны (заряженные конденсаторы могут еще какое-то время поддерживать высокое напряжение). Дополнительные сведения об электробезопасности см. В этой статье на AllAboutCircuits.com или в разделе «Безопасность» (глава 7.1) книги «Практическая электроника для изобретателей». Вы также можете посмотреть это видео популярного ютубера ElectroBOOM, в котором исследуется его переносимость боли между переменным и постоянным током. Как увеличить давление? Аккумулятор имеет несбалансированный электрический заряд между положительным и отрицательным выводами. Когда цепь подключена, электрические заряды (электроны) текут, чтобы «исправить» этот дисбаланс.Чем больше дисбаланс (, то есть , тем выше напряжение), тем больше «толчок» и тем больше электронов течет (более высокий ток). Если вы соедините две батареи последовательно (, т. Е. ), вы увеличите их способность «толкать» электроны — действительно, вы суммируете напряжения батарей. Итак, две стандартные щелочные батареи AA на 1,5 В, соединенные последовательно, будут иметь разность потенциалов 3 В, что может «протолкнуть» больше электронов по цепи — см. Анимацию ниже. Рисунок. Когда вы подключаете батареи последовательно, вы увеличиваете «толкающую» силу — действительно, вы суммируете напряжения батарей (итого 1,5 В + 1,5 В = 3 В в сумме). Больше напряжения, больше давления. Чем больше давление, тем больше электронов «проталкивается» через цепь. Анимация из видео с объяснением напряжения от The Engineering Mindset. ПРИМЕЧАНИЕ: БАЗОВЫЕ МОДУЛИ По мере изучения и анализа электрических цепей важно обращать внимание на единиц . Базовая единица измерения напряжения — вольт (В), базовая единица измерения тока — амперы или амперы (А), а базовая единица сопротивления — омы (Ом).Как уже отмечалось, с цифровыми схемами мы часто работаем с напряжениями от 0 до 5 В (а иногда и с 9 В или 12 В), но сила тока часто находится в миллиамперном диапазоне, например 0,02 А или 0,1 А, а общие сопротивления включают 220 Ом, 1000 Ом, 2200 Ом. , и даже 10000 Ом. Однако, как правило, они записываются как 20 мА, 100 мА и 1 кОм, 2,2 кОм и 10 кОм соответственно. Таким образом, важно внимательно отслеживать единицы измерения и преобразовывать значения в базовые единицы для анализа. Мы поговорим об этом подробнее на уроке закона Ома. Что такое электрическое сопротивление? Рисунок. Когда электроны движутся через материал, они могут сталкиваться с некоторыми атомами или другими электронами. Эти столкновения создают сопротивление. На приведенной выше анимации обратите внимание на то, что у железной проволоки больше столкновений, чем у медной. Железо на ~ 17% электропроводнее, чем медь. При 20 ° C удельное электрическое сопротивление железа составляет 96,1 наноом-метра, а удельное сопротивление меди — 16,8 наноом-метра. Обратите внимание на ореол вокруг железной проволоки: это показано, как часть «кинетической» энергии или энергии движения электронов преобразуется в тепло или свет в результате этих столкновений.Действительно, вот как работают лампы накаливания, тостеры и электрические обогреватели! Анимация из видеофильма «Как работает электричество» от The Engineering Mindset. Когда электроны движутся через материал, они могут сталкиваться с некоторыми атомами или другими электронами. Эти столкновения создают сопротивление электрическому току. Примечательно и важно то, что это сопротивление замедляет всех движения заряда (тока) в цепи, а не только тех зарядов, которые проходят через резистивный материал. Распространенная, но несовершенная аналогия для электрического сопротивления: механическое трение ; резистор преобразует электрическую энергию в тепловую (и вызывает падение напряжения) так же, как трение преобразует кинетическую механическую энергию в тепло. В зависимости от атомного состава некоторые материалы имеют более низкое сопротивление, чем другие. Металлы, такие как серебро, медь и золото, являются хорошими проводниками — они обладают низким сопротивлением — потому что они имеют слабосвязанные электроны во внешних оболочках своих атомов.Эти электроны легко перемещаются и с помощью приложенного электрического поля могут «выталкиваться» от атома к атому в материале с образованием тока. В системе СИ единицей электрического сопротивления является ом (Ом). Прямая инверсия сопротивления — , проводимость . Материалы с низким сопротивлением называются проводниками . Напротив, такие материалы, как стекло, резина и воздух, обладают высоким сопротивлением и плохой проводимостью («низкая подвижность электронов») — эти материалы называются изоляторами . Рисунок. На изображении показан медный провод с ПВХ изоляцией. Сопротивление \ (R \) объекта определяется как отношение напряжения \ (V \) на нем к току \ (I \) через него, а проводимость \ (G \) является обратной величиной: \ ( R = \ frac {V} {I} \), \ (G = \ frac {1} {R} \) При достаточном напряжении (давлении) почти любой материал может проводить электрический ток (даже воздух, как видно из молния). Сопротивление (или проводимость) провода зависит не только от типа материала, но также от его температуры и размера (как длины, так и толщины).Короче говоря, для металлической проволоки сопротивление падает с увеличением диаметра проволоки или температуры. И сопротивление увеличивается с увеличением длины провода. Википедия дает хорошую аналогию на водной основе: «прохождение тока через материал с высоким сопротивлением подобно проталкиванию воды по трубе, заполненной песком. Напротив, пропускание тока через материал с низким удельным сопротивлением похоже на проталкивание воды через пустую трубу. Если трубы одинакового размера и формы, у трубы, заполненной песком, будет более высокое сопротивление потоку.Однако сопротивление определяется не только наличием или отсутствием песка. Это также зависит от длины и ширины трубы: короткие или широкие трубы имеют меньшее сопротивление, чем узкие или длинные трубы ». Чтобы помочь наглядно проиллюстрировать эту идею, профессор Сквайер создал несколько полезных эскизов — см. Подпись для более подробной информации: Рисунок. Продолжая наши аналогии с водой: представьте две трубы, заполненные резистивными материалами, одну — гравием (меньшее сопротивление), а другую — глиной (большее сопротивление).Обе трубы имеют равное количество воды под давлением (напряжением), «проталкивая» воду через них. Труба с меньшим сопротивлением (гравий) будет иметь больший поток воды (ток). Изображение из учебника по электричеству профессора Ричарда Сквайера. Электрическое сопротивление Поскольку сопротивление — это не только внутреннее свойство материала (, например, на основе его атомного состава), но также основанное на форме и размере материала, мы используем удельное электрическое сопротивление \ (\ rho \) , который не зависит от размеров материала (при условии, что температура постоянна). Более конкретно, при постоянной температуре удельное электрическое сопротивление \ (\ rho \) провода можно рассчитать по формуле: \ (\ rho = R {\ frac {A} {\ ell}} \), где \ (R \) — электрическое сопротивление однородного образца материала, \ (ℓ \) — длина образца, а \ (A \) — площадь поперечного сечения образца. Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — ом-метры (Ом · м). Подобно сопротивлению и проводимости, мы также можем описать сопротивление в терминах его обратной величины, которая равна проводимости \ (\ sigma \): \ [\ sigma = \ frac {1} {\ rho} \] В системе СИ проводимость измеряется в сименсах на метр (См / м).{-14}

Увеличение проводимости за счет увеличения обхвата провода

Как отмечалось выше, мы можем увеличить проводимость провода на , увеличив его диаметр («труба большего размера» для протекания тока). Снова опираясь на нашу аналогию с водой: так же, как труба большего диаметра может поддерживать большее количество воды, так и более толстая проволока может поддерживать больший поток.

Поскольку диаметр проволоки очень важен для допустимой нагрузки по току, существует стандартизированная система измерения.В США мы используем систему American Wire Gauge или AWG. Провод диаметром 5,2 мм (AWG 4) имеет ток 59,6 А. Для сравнения: стандартный провод для прототипирования схемы (0,64 мм или AWG 22) — см. Рисунок ниже — имеет допустимую нагрузку по току 0,9 А.

Рисунок. Пример одножильного провода AWG, обычно используемого при прототипировании схем. Коробка с проволокой слева стоит 29,95 доллара за десять 25-футовых катушек от Adafruit.

Как ни странно, , увеличивая номера AWG, обозначает , уменьшающие диаметров провода (и, как ни странно, калибры AWG всегда целые числа, но могут быть меньше 1 с ‘0’, ’00’ или даже ‘000’ для очень толстого провода) .

Если пропустить через провод ток, превышающий его допустимую емкость, он начнет нагреваться и, в конечном итоге, сгорит. Действительно, так устроены предохранители и ! Предохранители содержат тонкие провода, которые защищают вашу цепь от опасно высокого тока и «сгорают», чтобы мгновенно отключить вашу цепь (создавая «разрыв цепи»), если приложен большой ток. Затем вы можете заменить предохранитель, что намного дешевле и проще, чем замена вашего электрического устройства или прибора. В Интернете есть много отличных видеороликов об этом, в том числе здесь и здесь.

Рисунок. Если мы попытаемся пропустить через провод большой ток и превысить его пропускную способность (например, путем подключения источника высокого напряжения), то провод нагреется и может вызвать пожар. Это может произойти практически мгновенно, что является принципом действия предохранителя (показан выше). Предохранитель предназначен для сгорания , тем самым отключая вашу цепь при подаче очень большого тока. Видео с Robinson Auto.

Что такое резисторы?

Рисунок. На этой анимации показано, как резистор можно разместить между двумя проводами, чтобы уменьшить ток. Обратите внимание, как электроны свободно проходят по медному проводу. С резистором эти электроны «сталкиваются» с другими атомами и самими собой, что ограничивает поток электронов (а также преобразует некоторую энергию в тепло). Анимация из инженерного мировоззрения.

Резисторы — это специально разработанные электрические компоненты, которые ограничивают ток с определенной скоростью в зависимости от их состава материала и конструкции.В схемах мы размещаем резисторы между компонентами, чтобы снизить ток. Зачем нам ограничивать ток? Короче говоря, для защиты компонентов в нашей цепи, которым требуется более низкий ток (например, светодиодов).

Подобно тому, как происходит падение давления после перегиба шланга, возникает падение напряжения после резистора. То есть электрические заряды перед резистором имеют более высокий электрический потенциал, чем заряды после него.

Некоторые общие вопросы

Прежде чем перейти к следующему уроку, давайте рассмотрим некоторые общие вопросы.

Что такое короткое замыкание?

Рисунок. Короткое замыкание — это когда есть обратный путь с нулевым сопротивлением к источнику питания. Это никогда не бывает хорошо! Анимация сделана в среде моделирования Phet.

Короткое замыкание — это короткое замыкание с нулевым сопротивлением между двумя сторонами источника питания, например, если положительная и отрицательная клеммы батареи напрямую соприкасаются. Это плохо, и этого следует избегать. Короткое замыкание может вызвать чрезмерный ток, привести к сгоранию компонентов, воспламенению или даже к взрыву.Вот видео о закорачивании четырех батареек AA, новостной сюжет о том, как начался пожар в результате короткого замыкания двух батарей 9 В, и сообщение Stack Exchange о замыкании одной щелочной батареи AA.

Когда мы создаем схемы, мы, очевидно, не пытаемся создать короткие замыкания , но они могут, случайно, произойти. Например, мы можем непреднамеренно подключить источник 5 В к земле, соприкоснуться двумя проводами или даже случайно соединить две точки в цепи с помощью отвертки или другого металлического инструмента.При работе с вашей схемой всегда убедитесь, что это без питания , чтобы предотвратить случайное короткое замыкание во время сборки.

Как узнать, что что-то закорочено? Вы можете почувствовать запах гари или прикоснуться к проводу или другому горячему электрическому компоненту. Если это произойдет — а это в конечном итоге произойдет со всеми нами — немедленно отключите источник питания!

Обратите внимание, что ваш USB-порт и микроконтроллеры Arduino имеют определенный уровень защиты от короткого замыкания. Например, если вы начнете потреблять слишком много тока от USB, он (надеюсь) автоматически отключится.И в ваших домах, конечно же, есть встроенные «автоматические выключатели», которые автоматически срабатывают при потреблении избыточного тока (например, при коротком замыкании). Посмотрите, как автоматический выключатель работает в замедленном режиме, здесь и здесь.

Когда срабатывает автоматический выключатель, он создает разрыв цепи , который мы опишем далее!

Что такое обрыв?

В то время как замкнутая цепь представляет собой полную цепь («круг» для протекания тока), цепь разомкнутая представляет собой незавершенную цепь .Например, когда нет пути от положительной клеммы аккумулятора к отрицательной. Это может произойти намеренно (, например, из-за размыкания переключателя) или непреднамеренно (, например, цепь отключается из-за перегорания предохранителя).

Рисунок. Замкнутый контур — это когда отсутствует путь между положительной и отрицательной клеммами вашего источника питания. Это неполная схема. Анимация сделана в среде моделирования Phet.

В чем разница между переменным и постоянным током?

В цифровых схемах используется постоянный ток (DC), который питается от батарей или адаптеров переменного тока, которые преобразуют переменный ток из сетевой розетки в постоянный ток, используемый зарядными устройствами телефона или ноутбука.

На YouTube есть много отличных видеороликов, объясняющих разницу между переменным и постоянным током, например, от AddOhms и от KEMET Electronics.

Activity

Чтобы лучше понять общие рабочие напряжения / токи, мы хотели бы, чтобы вы задокументировали входные напряжения / ток переменного тока и выходные напряжения / ток постоянного тока устройств в вашем доме. Выберите пять устройств и сделайте снимок устройства и его адаптера переменного / постоянного тока с видимой рабочей информацией о переменном / постоянном токе (если вы не можете найти эту наклейку, она может быть на самом устройстве, что тоже нормально).В свои журналы прототипирования включите эти изображения вместе с таблицей рабочих входных / выходных напряжений / тока и кратким описанием того, что вы обнаружили.

Рисунок. Вот пример входа переменного и постоянного тока трех устройств в моем доме.

Ресурсы

Имитаторы цепей

Мы рекомендуем следующие базовые имитаторы цепей (они не предназначены для расширенного анализа):

• Falstad’s CircuitJS.Полностью бесплатная веб-платформа с открытым исходным кодом для моделирования схем с анимацией схем.
• EveryCircuit.com. Подобно CircuitJS в поддержке имитированных анимаций текущего, но более мощного (а также не бесплатного, хотя есть бесплатная пробная версия). Нет никакого «проводного» компонента; вам нужно щелкнуть один узел, а затем другой узел, чтобы установить соединение.
• Circuitlab.com. Более традиционный симулятор схем, который не так доступен для новичков / производителей. Вы можете использовать пробную версию, но количество схем, которые вы можете создать, ограничено без платной учетной записи.

Текстовые ссылки в Интернете

• Глава 2: Схема Thoery, Scherz & Monk, Практическая электроника для изобретателей, 4-е издание
• Основные электрические величины: ток, напряжение, мощность
• Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома, Sparkfun .com
• Электрическое сопротивление и проводимость, Википедия
• Электродвижущая сила, opentextbc.ca

Ссылки на видео

• Введение в разность потенциалов и напряжение, Академия Хана
• Электроника для начинающих, афротехмоды.com
• Напряжение, ток, сопротивление, mathandscience.com
• Что такое закон Ома ?, mathandscience.com
• Инженерные схемы, Том 1, mathandscience.com
• Что такое напряжение ?, Sparkfun.com
• Что такое ток? , Sparkfun.com

Следующий урок

В следующем уроке мы узнаем о визуальных представлениях цепей, называемых схемными схемами, которые подготовят нас к основному анализу цепей и закону Ома.

Далее: Circuit Schematics

---

Все материалы имеют открытый исходный код и созданы лабораторией Makeability Lab и профессором Джоном Э.Froehlich. Нашли ошибку? Отправьте сообщение о проблеме на GitHub.

Hitachi FAQ | Что такое сопротивление? (Здесь также упоминаются напряжение и ток)

A: Сопротивление (которое измеряется в Ом) — это способность материала сопротивляться (не препятствовать) прохождению электрического тока (измеряемого в Амперах). Электрическое сопротивление аналогично трению в механической системе. Трение, как и сопротивление, преобразует энергию в тепло и рассеивает ее в окружающую среду. Следовательно, электрическое сопротивление иногда можно рассматривать как тормозной или демпфирующий механизм цепи.И это важно, потому что истинной потери энергии нет. Вместо этого энергия преобразуется и перенаправляется. Когда достаточный ток затруднен (то есть сопротивлен), эта энергия может даже быть преобразована непосредственно в свет, что уменьшает ток. Именно так в лампочке светится резистивный провод.

Устойчивость к воздействию нескольких факторов. Характер материала, его толщина и длина, а также температура имеют значение. Сопротивление естественно низкое в материалах с высокой проводимостью, таких как металлы.Одна из причин этого — сильно структурированные кристаллические свойства металла и способность электронов свободно переходить из зоны проводимости одного атома в другой, встречая при этом небольшое сопротивление.

И наоборот, в нем много материалов, которые являются изоляторами, такими как пластик и резина. Однако не все высокоструктурированные материалы обладают низким сопротивлением. Если структура очень однородная, но сложная, то электроны все равно будут сталкиваться с многочисленными столкновениями, что затрудняет их движение через материал.Стекло имеет аналогичную структуру и как изолятор имеет чрезвычайно высокое удельное сопротивление, но это в первую очередь связано с тем, что в их зонах проводимости практически нет свободного пространства, которое позволяло бы электронам перемещаться через них. Они слишком плотно упакованы.

Итак, в материалах, атомная структура которых хорошо выровнена с мин. столкновения и электроны слабо удерживаются, тогда меньше вероятность того, что электроны текущего потока столкнутся с другими атомами и создадут сопротивление.В этом случае мы бы сказали, что проводимость обычно высока, как в случае с металлами и некоторыми жидкостями, содержащими свободные ионы. Именно эти «натыкания» создают разрушение (также известное как сопротивление), и именно «многолучевые пути, свободные от баррикад», стимулируют проводимость.

Таким образом, длина сильно влияет на сопротивление; чем больше длина, тем выше сопротивление. Представьте себе материал толщиной в один атомный слой, но невероятно длинный. Есть только один путь вперед с множеством препятствий, если предположить, что это плохой проводник.Теперь, когда материал стал толще, он освобождает больше путей и уменьшает количество препятствий. Таким образом, более толстые вещества обычно имеют более низкое сопротивление и большую емкость.

Таким образом, с учетом этого, чем длиннее вещество, тем больше вероятность увеличения «столкновения» из-за очевидного увеличения общего количества атомов. То же самое и с толщиной вещества. Чем его больше, тем больше шансов на сопротивление. Но теперь представьте, что вы находитесь на юге. Очень жарко, и жар заставляет замедлиться и не хочется ничего, кроме высокого стакана лимонада.

То же самое и с нашими бедными электронами. По мере того, как происходит выброс тепла от неровностей барьера и температура материала увеличивается, увеличивается и сопротивление. Этим электронам просто нужен высокий стакан лимонада. Таким образом, материалы с более низкой проводимостью (т. Е. С высоким сопротивлением) нуждаются в более высоком напряжении (или электродвижущей силе), чтобы выполнять свою работу и перемещать электроны вперед. А более высокое напряжение означает большую мощность (иначе говоря, больший аккумулятор или привод).

Итак, это имеет смысл, если посмотреть на определение напряжения.Это количество «потенциальной энергии», которое электроны имеют относительно другой точки, обычно называемой «землей», которая определяется как имеющая потенциал 0 вольт.

P = V x I = VI

Здесь P — мощность (измеряется в ваттах. Ватты равны 1 джоуля в секунду передачи энергии), I — ток (измеряется в амперах), а V — напряжение.

Таким образом, Вт = Вольт x Ампер

Отличная аналогия для этого — сравнение со шлангом (т.е.е. материал (длина / ширина) и резервуар для воды, к которому прикреплен шланг. Когда бак полон, на столб воды оказывается большее давление, и вода выходит из шланга с большей силой, чем когда бак почти пустой.

В случае электричества, если вы увеличиваете напряжение (через стабилизатор напряжения) (например, в резервуаре для воды), вы, как правило, пропускаете больше тока (например, воды) через резистивный шланг. И наоборот, если шланг больше (то есть материал толще и менее резистентен), то это имеет тот же эффект, что и подача большего количества воды с большей силой, чем при использовании более тонкого шланга.Все — это компромисс, чтобы найти только правильное сочетание материалов и свойств, которые снижают стоимость и отвечают требованиям производительности.

Следующая формула прекрасно резюмирует:

В = I x r = Ir

Здесь V — напряжение, «I» — ток в амперах, а r — сопротивление тела.

Итак, напряжение — это произведение силы тока, протекающего в материале, и его сопротивления. Другими словами, ток (амперы) — это напряжение, деленное на сопротивление тела.А закон Ома гласит, что R = V / I, поэтому, если вы знаете напряжение и ток (которые уже являются фактором сопротивления / проводимости материала), вы автоматически знаете сопротивление.

Так опасен ли ток (сила тока) или напряжение? Ответ: на самом деле ЭТО ЗАВИСИТ от условий. Ну, в электротехнике есть пара популярных пословиц, которые стоит повторить.

V не убьет вас, но я убью. А также …

Я пойду по пути наименьшего сопротивления.

Тем не менее, несмотря на эти истины, Никола Тесла, изобретатель переменного тока, утверждал, что через тело можно пропустить несколько миллионов вольт тока, когда частота превышает 700 Гц. Частота — это скорость, с которой электроны накачиваются в цепи переменного тока, создавая чередующиеся положительные и отрицательные формы волны. DC (постоянный ток) не имеет частоты или формы волны. Это постоянный и асинхронный сигнал с плоской линией, поэтому приведенные выше пословицы верны. Никола заявил, что все, что превышает 700 Гц, просто протекает по телу.Очаровательно, если правда!

Фактически, почти любое напряжение может выдерживаться до тех пор, пока человек никогда не соединяется с землей, поэтому обычно V не убьет вас. Это просто потенциал. Вот так птицы садятся на электрические провода. Это заземление (или соединение с землей), которое высвобождает потенциал напряжения и позволяет протекать электрическому току.

Кроме того, критически важно время, в течение которого ток проходит через вашу систему. Кратковременный момент иногда можно терпеть, но слишком долгий — это катастрофа.Люди были поражены молнией, которая может пропускать через тело ток от 100 до 1000 ампер, и они выжили. Помните, что напряжение — это «потенциал», который стоит на месте, в то время как ток (сила тока) — это напряжение, которое теперь движется к земле, и именно напряжение определяет силу тока.

Хороший способ взглянуть на это: напряжение — это калибр пули, а сила тока — это пуля, которую выстреливает. Таким образом, подобно пуле, когда сила тока проходит через что-то, этот объект или вещество создает сопротивление.И чем большее сопротивление он встречает, тем больший ущерб он может нанести. Если создаваемая сила и тепло будут слишком сильными и слишком внезапными, объект может буквально взорваться. Это часто наблюдается при ударе молнии по дереву. Деревья — плохие проводники и отличные изоляторы, следовательно, у них высокое сопротивление. Внезапный большой ток, возникающий из-за сильного падения напряжения на землю, заставляет энергию двигаться во всех направлениях, поэтому дерево взрывается. С другой стороны, человек является относительно хорошим проводником электричества и, следовательно, имеет меньшее общее сопротивление, поэтому возможно пережить удар молнии.

Но в целом, когда он не парит в воздухе, не поражен молнией или пулей, можно с уверенностью предположить, что с увеличением потока электронов увеличивается и риск получения травмы. Если напряжение, проходящее через наши тела, имеет низкую скорость (то есть низкий ток / поток), мы почти ничего не чувствуем. Но когда они текут с очень высокой скоростью из-за повышенного потенциала и внезапного высвобождения, тогда происходят плохие вещи. Пока электрические заряды проходят через ваше тело со скоростью менее 1/1000 ампера (или одного миллиампера), они не опасны.Но любое напряжение выше 45 вольт может быть смертельным.

Обычно считается, что большее напряжение принесет больше вреда, чем меньшее. Но на самом деле именно ток, протекающий между двумя точками, в конечном итоге является причиной поражения электрическим током. Это не само по себе напряжение, а сам фактический поток, ведущий к земле. По мере увеличения потенциала напряжения результат для большего тока также увеличивается, особенно если сопротивление объекта остается постоянным. Это из-за приведенной выше формулы: V = IR, выше напряжение; сильнее удар.

Итак, если сопротивление материала достаточно низкое (например, человек с мокрыми ногами или руками), то даже небольшое напряжение может произвести ток, достаточный для создания приличного электрошока. В этом вопросе нет общепринятого стандарта безопасности, но можно с уверенностью предположить, что все, что превышает 40 мА, опасно.

Минимальный ток, который может почувствовать человек, зависит от типа тока (переменного или постоянного тока) и частоты (при условии переменного тока).

Обычно для нормальных 68 кг (150 фунтов.) человеческое применение (переменный ток при 60 Гц):

1 мА (миллиампер) или (0,001 А) тока может быть войлок . Это уровень восприятия, вызывающий легкое покалывание. Это может быть опасно при определенных условиях.

5 мА тока может быть тревожным или болезненным с учетом уровня толерантности. Обычный человек может отпустить. Однако сильные непроизвольные реакции могут привести к другим травмам.

6 мА — 16 мА вызовет болевого шока и человек начнет терять контроль над мышцами .Это обычно называется диапазоном тока замерзания или диапазоном отпускания.

17–99 мА , вызовет сильную боль, остановку дыхания, сильные схватки, и люди не смогут расслабиться. Смерть возможна .

100 мА — 2 000 мА вызывает фибрилляцию желудочков (неравномерное, нескоординированное сердцебиение). Начинаются сокращения мышц и повреждение нервов. Смерть вероятна .

> 2000 мА вызовет остановку сердца, повреждение внутренних органов и тяжелые ожоги. Смерть почти неизбежна .

Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) несколько по-разному влияют на человеческий организм, но оба опасны при превышении определенного напряжения. С увеличением напряжения сопротивление нашего тела падает. По сути, тело менее невосприимчиво к силе и времени, когда оно может противостоять силе. За достаточное количество времени ток может быстро разрушить кожу и создать более благоприятный путь с низким сопротивлением, который позволяет беспрепятственно проходить сильному току и увеличивает риск смерти.

Средний нормальный человек (при * нормальных условиях) выше уровня земли может выдерживать напряжение около 26 В постоянного тока и 60 В переменного тока, так как 1 DCV ≈ 2,23 ACV. * Нормальные условия относятся к сопротивляющейся сухой коже, отсутствию прямого контакта с землей, низкой силе тока (около 10 мА) и нормальному функционированию организма. Обратите внимание, что, поскольку величина переменного тока примерно в 2 раза больше, чем постоянного тока, обычно считается, что переменный ток более опасен, поскольку требуется больше постоянного тока (примерно в два-четыре раза больше), чтобы вызвать те же вредные эффекты, что и переменный ток.С DC сравнительно легче «отпустить» «живые» части, которые были захвачены, что противоречит распространенному мнению и экспериментальным данным. И постоянный ток не влияет на сердце так сильно, как переменный ток, из-за формы волны переменного тока, которая вызывает нарушение.

Подумайте также об этом: человек может разрядить порядка 50 000 В, когда его сбивает с ковра или от прикосновения к меховой одежде. Но они не очень чувствительны из-за очень небольшого тока (потока), который возник за очень короткий промежуток времени при разрядке.

С другой стороны, человек испытает сильнейший болезненный шок, если коснется сети 220/110 В из-за большего тока. Любой из этих способов без перерыва почти наверняка приведет к смерти. В общем, напряжения выше 50 В способны обеспечить достаточный ток, чтобы убить, при условии, что сопротивление кожи в это время достаточно низкое и имеется подходящий обратный путь.

Что произойдет, если сопротивление в цепи уменьшится? — Mvorganizing.org

Что произойдет, если сопротивление в цепи уменьшится?

Ток полностью определяется источником тока.Однако при изменении значения сопротивления напряжение на резисторе будет определяться в соответствии с законом Ома. Увеличение резистора увеличивает напряжение на нем, а уменьшение сопротивления уменьшает напряжение на нем.

Что происходит с мощностью при увеличении сопротивления?

Единица измерения мощности — ватт (Вт). Когда напряжение увеличивается, ток I увеличивается, а мощность, рассеиваемая резистором R, увеличивается. При увеличении номинала резистора I уменьшается, а мощность, рассеиваемая резистором R, уменьшается.

Более высокое сопротивление означает меньшее напряжение?

С точки зрения электричества это представлено двумя цепями с одинаковым напряжением и разным сопротивлением. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему количеству заряда, то есть в цепи с более высоким сопротивлением будет меньше тока, протекающего через нее.

Почему сопротивление увеличивается с увеличением напряжения?

По мере увеличения напряжения на резисторе мощность, рассеиваемая резистором, также увеличивается.По мере увеличения мощности температура резистора также увеличивается. По мере увеличения температуры резистора его сопротивление будет изменяться.

Что может вызвать высокое сопротивление в замкнутой электрической цепи?

Если он слишком высокий, то одной из возможных причин (среди многих) может быть повреждение проводов из-за горения или коррозии. Все проводники выделяют определенное количество тепла, поэтому перегрев часто связан с сопротивлением. Чем меньше сопротивление, тем больше ток.

Как сопротивление прямо пропорционально длине?

Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Сопротивление также зависит от материала проводника. См. Удельное сопротивление. Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры.

Что происходит с током при увеличении площади?

Ответ. Поскольку количество тока, протекающего при постоянном напряжении, увеличивается с увеличением площади поперечного сечения, сопротивление уменьшается.

Больше электронов означает больший ток?

Увеличение напряжения, приложенного к цепи с заданным сопротивлением, увеличивает ток. Этот поток определяется в электронах в секунду после точки. Таким образом, увеличение напряжения увеличивает скорость электронного потока. Число электронов, свободно перемещающихся по материалу, является постоянным.

Что происходит с током, когда длина проводящего провода увеличивается вдвое?

Ответ. Количество проводимого тока через проводящий электрический провод зависит от многих физических характеристик проводящего электрического провода.Таким образом, если длина провода удвоится, сопротивление также увеличится вдвое, и поток электричества соответственно уменьшится.

Увеличивается ли сопротивление с увеличением длины?

Сопротивление прямо пропорционально длине. Это означает, что любое изменение длины материала изменит его значение сопротивления.

Влияние температуры на сопротивление

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• • Опишите влияние температуры на сопротивление проводника.
• • Опишите влияние температуры на сопротивление изолятора.
• • Определите отрицательные и положительные температурные коэффициенты.

Как температура изменяет сопротивление

Хотя сопротивление проводника изменяется в зависимости от его размера (например, более толстые провода имеют меньшее сопротивление току, чем более тонкие провода), сопротивление проводника также изменяется с изменением температуры.Этого можно ожидать, потому что при изменении температуры размеры проводника будут изменяться по мере того, как он расширяется или сжимается.

Однако материалы, которые классифицируются как ПРОВОДНИКИ, имеют тенденцию ПОВЫШАТЬ свое сопротивление с повышением температуры. Однако ИЗОЛЯТОРЫ могут УМЕНЬШИТЬ свое сопротивление с повышением температуры. Материалы, используемые для изготовления изоляторов (стекло, пластик и т. Д.), Демонстрируют заметное падение сопротивления только при очень высоких температурах. Они остаются хорошими изоляторами при любых температурах, с которыми они могут столкнуться при использовании.

Таким образом, эти изменения сопротивления нельзя объяснить изменением размеров из-за теплового расширения или сжатия. Фактически, для проводника данного размера изменение сопротивления в основном связано с изменением удельного сопротивления материала и вызвано изменением активности атомов, составляющих материал.

Температура и атомная структура

Причины этих изменений удельного сопротивления можно объяснить, рассмотрев протекание тока через материал.Поток тока — это фактически движение электронов от одного атома к другому под действием электрического поля. Электроны — это очень маленькие отрицательно заряженные частицы, которые отталкиваются отрицательным электрическим зарядом и притягиваются положительным электрическим зарядом. Следовательно, если к проводнику приложен электрический потенциал (положительный на одном конце, отрицательный на другом), электроны будут «мигрировать» от атома к атому к положительному полюсу.

Однако только некоторые электроны могут свободно перемещаться.Остальные внутри каждого атома так сильно привязаны к своему конкретному атому, что даже электрическое поле не сместит их. Следовательно, ток, протекающий в материале, обусловлен движением «свободных электронов», и количество свободных электронов в любом материале по сравнению с теми, которые тесно связаны с их атомами, определяет, является ли материал хорошим проводником (много свободных электронов) или хороший изолятор (почти нет свободных электронов).

Воздействие тепла на атомную структуру материала заставляет атомы колебаться, и чем выше температура, тем сильнее колеблются атомы.

В проводнике, по которому уже протекает большое количество свободных электронов, колебания атомов вызывают множество столкновений между свободными электронами и захваченными электронами. Каждое столкновение использует некоторую энергию свободного электрона и является основной причиной сопротивления. Чем больше атомы толкаются в материале, тем больше возникает столкновений и, следовательно, больше сопротивление току.

Однако в изоляторе ситуация несколько иная.Свободных электронов так мало, что ток почти не протекает. Почти все электроны прочно связаны внутри своего атома. Нагревание изолирующего материала вызывает вибрацию атомов, и при достаточном нагреве атомы вибрируют достаточно сильно, чтобы фактически освободить некоторые из своих захваченных электронов, создавая свободные электроны, которые становятся носителями тока. Поэтому при высоких температурах сопротивление изолятора может упасть, а в некоторых изоляционных материалах — довольно резко.

В материале, сопротивление которого УВЕЛИЧИВАЕТСЯ с повышением температуры, считается, что материал имеет ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ.

Когда сопротивление ПАДАЕТ с повышением температуры, говорят, что материал имеет ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ.

Как правило, проводники имеют ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ температурный коэффициент, в то время как (при высоких температурах) изоляторы имеют ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ температурный коэффициент.

Различные материалы в каждой группе имеют разные температурные коэффициенты. Материалы, выбранные для изготовления резисторов, используемых в электронных схемах, представляют собой тщательно отобранные проводники с очень низким положительным температурным коэффициентом.При использовании резисторы, изготовленные из таких материалов, будут иметь лишь очень небольшое увеличение удельного сопротивления и, следовательно, их сопротивления. Использование таких материалов для изготовления резисторов создает компоненты, значение которых незначительно изменяется в заданном диапазоне температур.

Материалы, выбранные в качестве изоляторов, будут иметь очень низкий ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ во всем рабочем диапазоне температур.

Уменьшение сопротивления увеличивает ток? — Жадный.нетто

Содержание

Уменьшение сопротивления увеличивает ток?

Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Это означает, что увеличение напряжения приведет к увеличению тока, а увеличение сопротивления приведет к уменьшению тока.

Что происходит с током при уменьшении сопротивления?

Аналогично, если мы увеличиваем сопротивление, ток снижается для данного напряжения, а если мы уменьшаем сопротивление, ток возрастает.Это означает, что если сопротивление велико, ток низкий, а если сопротивление низкое, ток высокий.

Больше сопротивления потребляет больше тока?

Ток уменьшается с увеличением сопротивления. для цепи постоянного тока с постоянным V величина I обратно пропорциональна R. Математически это может быть прямым подходом к доказательству этого.

Ток прямо пропорционален сопротивлению?

Если рассматривать напряжение как фиксированное, то сопротивление и ток обратно пропорциональны, поскольку их произведение постоянно и равно фиксированному напряжению.Если мы увеличиваем сопротивление, то ток уменьшается, а если мы уменьшаем сопротивление, то ток увеличивается.

Что увеличивается при уменьшении тока?

Это еще один сбивающий с толку вопрос, который чаще всего задают на собеседованиях по электротехнике и электронике. Согласно закону Ома, ток увеличивается при увеличении напряжения (I = V / R), но ток уменьшается при увеличении напряжения в соответствии с формулой (P = VI).

Сопротивление и ток прямо пропорциональны?

Соотношение между током, напряжением и сопротивлением выражается законом Ома.Это означает, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи, при условии, что температура остается постоянной.

Сопротивление влияет на напряжение?

Закон

Ома гласит, что электрический ток (I), протекающий в цепи, пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R). Точно так же увеличение сопротивления цепи снизит ток, если напряжение не изменится.

Более высокое сопротивление означает меньшее сопротивление?

Ом означает сопротивление. Чем больше у него сопротивления, тем выше его рейтинг. Чем меньше у вас сопротивление, тем меньше энергии вы передадите от аккумулятора к вашему резервуару.

Что имеет более высокое сопротивление 50 Вт или 25 Вт?

Сопротивление R = V2 / P, где V — разность потенциалов, а P — мощность в ваттах. Таким образом, чем больше мощность, тем меньше будет сопротивление и наоборот. Таким образом, лампа на 25 Вт будет иметь удвоенное сопротивление по сравнению с лампой на 50 Вт.

Почему ток прямо пропорционален сопротивлению?

Резисторы

препятствуют потоку электронов, поэтому, если будет обеспечено большее сопротивление, меньшее количество электронов будет иметь тенденцию течь. Следовательно, ток обратно пропорционален сопротивлению.

Как увеличение сопротивления влияет на ток и напряжение?

Для последовательной цепи с одним или несколькими резисторами добавление сопротивления последовательно уменьшит общий ток и снизит падение напряжения на каждом существующем резисторе.(Меньший ток через резистор означает меньшее падение напряжения на нем.) Общее напряжение в цепи останется прежним.

Как резистор используется для уменьшения тока?

Я слышал, что резисторы используются для уменьшения тока в определенном устройстве, например, в регуляторе вентилятора. Чтобы было ясно, добавление резистора в схему действительно уменьшает ток, протекающий через всю схему (по сравнению со схемой без резистора). Однако ток в двух точках цепи остается прежним.

Как сопротивление снижает ток вентилятора?

Итак, некоторая средняя кинетическая энергия тока преобразуется в тепло в резисторе, и ток уменьшается, по сравнению с тем, если бы сопротивления не было. Мы знаем, что не можем изменить напряжение сети или сопротивление самого фанкойла для управления скоростью (через ток), поэтому мы подключаем внешнее сопротивление последовательно с вентилятором.

Почему при более низком сопротивлении выделяется больше тепла?

Напряжение также изменяется, даже если напряжение внутреннего источника остается постоянным.Меньшее сопротивление будет производить больше тепла, пока новое сопротивление все еще выше или равно сопротивлению источника (если источник является чисто резистивным). Спасибо за ответ на обмен электротехническими стеками!

.