Site Loader

Содержание

Постоянный ток | Формулы по физике

Электродвижущая сила

Найти

  Известно, что:

     ΕAq =   

Вычислить ‘Ε’

Электродвижущая сила — разность потенциалов

Найти

  Известно, что:

     Εφ1φ2 =   

Вычислить ‘Ε’

Сила тока

Найти

  Известно, что:

     IΔ_qΔ_t =   

Вычислить ‘I’

Сила тока

Найти

  Известно, что:

     IenvS =   

Вычислить ‘I’

Плотность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     jIS =   

Вычислить ‘j’

Плотность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     jenv =   

Вычислить ‘j’

Сопротивление

Найти

  Известно, что:

     RρlS =   

Вычислить ‘R’

Электрическая проводимость (электропроводность)

Найти

  Известно, что:

     λR =   

Вычислить ‘λ’

Сопротивление и температура

Найти

  Известно, что:

     RR0αt =   

Вычислить ‘R’

Удельное сопротивление

Найти

  Известно, что:

     ρρ0αt =   

Вычислить ‘ρ’

Удельное проводимость

Найти

  Известно, что:

     σρ =   

Вычислить ‘σ’

Последовательное соединение: сила тока

Найти

  Известно, что:

     I1I2 =   

Вычислить ‘I1’

Последовательное соединение: напряжение

Найти

  Известно, что:

     UU1U2 =   

Вычислить ‘U’

Последовательное соединение: сопротивление

Найти

  Известно, что:

     RR1R2 =   

Вычислить ‘R’

Параллельное соединение: сила тока

Найти

  Известно, что:

     II1I2 =   

Вычислить ‘I’

Параллельное соединение: напряжение

Найти

  Известно, что:

     U1U2 =   

Вычислить ‘U1’

Параллельное соединение: сила тока и сопротивление

Найти

  Известно, что:

     I1I2R2R1 =   

Вычислить ‘I1’

Параллельное соединение: сопротивление

Найти

  Известно, что:

     RR1R2 =   

Вычислить ‘R’

Параллельное соединение: сопротивление

Найти

  Известно, что:

     RR1R2 =   

Вычислить ‘R’

Закон Ома

Найти

  Известно, что:

     IUR =   

Вычислить ‘I’

Закон Ома для замкнутой цепи

Найти

  Известно, что:

     ΕIRr =   

Вычислить ‘Ε’

Закон Ома для замкнутой цепи: много источников тока

Найти

  Известно, что:

     nΕIRr =   

Вычислить ‘n’

Работа электрического тока

Найти

  Известно, что:

     AΔ_qU =   

Вычислить ‘A’

Работа электрического тока

Найти

  Известно, что:

     AIRt =   

Вычислить ‘A’

Работа электрического тока

Найти

  Известно, что:

     AUtR =   

Вычислить ‘A’

Мощность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     PUI =   

Вычислить ‘P’

Мощность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     PIR =   

Вычислить ‘P’

Мощность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     PUR =   

Вычислить ‘P’

Работа и мощность электрического тока

Найти

  Известно, что:

     APt =   

Вычислить ‘A’

формула напряжения тока.

Как найти и вычислить электрическое напряжение?

Формула напряжения в физике — это представление электрической потенциальной энергии на единицу заряда. Если ток был размещен в определенном месте, напряжение указывает на ее потенциальную энергию в этой точке. Другими словами, это измерение силы, содержащейся в электрическом поле или цепи в данной точке. Он равен работе, которую нужно было бы выполнить за единицу заряда против электрического поля, чтобы переместить его из одной точки в другую.

Напряжение является скалярной величиной, у него нет направления. Закон Ома гласит, что интенсивность равна текущему временному сопротивлению.

Единицы измерения в формуле

В формуле, определяющей напряжение, значением СИ является вольт. Таким образом, что 1В = 1 джоуль/кулон. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел химическую батарею.

Это означает, что в формуле напряжения в физике один кулон заряда получит один джоуль потенциальной энергии, когда он будет перемещен между двумя точками, где разность электрических потенциалов составляет один вольт. При напряжении 12, один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии.

Батарея на шесть вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить шесть джоулей потенциальной энергии между двумя местоположениями. Батарея на девять вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить девять джоулей потенциальной энергии.

Как работает закон в реальной жизни

Формулу напряжения в физике иногда очень сложно понять. Более конкретным примером из реальной жизни является резервуар для воды со шлангом, идущим снизу. Жидкость представляет собой накопленный заряд. Требуется работа, чтобы наполнить бак водой. Это создает запас жидкости. Как разделение заряда в батарее. Чем больше ее в резервуаре, тем сильнее давление — и вода может выходить через шланг с большей энергией. Если бы в аквариуме было меньше жидкости, она вышла бы с минимальным количеством интенсивности.

Пример с обычной водой

Этот потенциал давления эквивалентен напряжению. Чем больше воды в баке, тем сильнее воздействие. Чем мощнее заряд хранится в батарее, тем выше напряжение.

Когда открываешь шланг, течет поток воды. Давление в резервуаре определяет, насколько быстро он вытекает. Электрический ток измеряется в амперах. Чем больше вольт, тем сильнее А тока. Значит, чем сильнее давление воды, тем быстрее она вытечет из бака.

Тем не менее ток также зависит от сопротивления. В случае шланга — это его ширина. Широкая труба позволяет пропускать больше воды за меньшее время, а узкая — противостоит потоку жидкости. С электрическим током также может быть сопротивление, измеренное в Омах.

По какой формуле определяется напряжение

Закон Ома гласит, что U равно текущему временному сопротивлению.

V=I*R

Если это 12-вольтовая батарея, то ее значение составляет два Ом, а ток составит шесть ампер. Если сопротивление было одним Ом, ток был бы 12 ампер.

Формула напряжения в физике гласит, что интенсивность, разница электрического потенциала и давления — это различие между двумя точками. Отличие в данном случае между двумя объектами (т. е. их напряжением) в статическом электрическом поле определяется как работа, необходимая на единицу заряда для перемещения испытательного резерва между точками. В Международной системе единиц полученный блок называется напряжением.

Различные используемые величины

В СИ работа выражается в джоулях на кулон, где 1 вольт = 1 джоуль за 1 кулон. Официальное определение СИ для вольта использует мощность и ток, где 1 вольт = 1 ватт (мощности) на 1 ампер (тока). Это определение эквивалентно более часто используемому «джоулю на кулон». Напряжение или разность электрических потенциалов обозначается символически DV, но чаще просто как V, например, в контексте Ома или Правилах Кирхгофа.

Различия электрического потенциала между точками могут быть вызваны зарядом, током через магнитное поле или некоторой комбинацией этих трех составляющих.

Вольтметр может быть использован для измерения напряжения (или разности потенциалов) между двумя точками в системе; часто в качестве одного объекта используется общий опорный потенциал, такой как заземление системы. Напряжение может представлять собой либо источник энергии (электродвижущая сила) либо потерянную, использованную или накопленную (падение потенциала) энергию.

Существует несколько полезных способов узнать какая формула напряжения в конкретном случае необходима.

Грубо говоря, сила определяется так, что отрицательно заряженные объекты притягиваются к более высоким напряжениям, а положительно — к более низким. Поэтому обычный ток в проводе или резисторе всегда течет от меньшего к большему.

Исторически формула закона напряжения упоминалась с использованием такого термина, как давление. Даже сегодня «натяжение» все еще применяется в таком контексте, например, в термине «высокое напряжение», которое обычно употребляется в электронике на основе термоэлектронных клапанов (вакуумных трубок).

Как найти напряжение, формула. Потенциал электрического поля

Увеличение напряжения с некоторой точки xA в какой-то момент xB дан кем-то.

В этой формуле для вычисления напряжения увеличение от точки A до B равно работе, которую нужно было бы выполнить за единицу заряда, против электрического поля, чтобы переместить частицу с A на B, не вызывая какого-либо ускорения. Математически это выражается как криволинейный интеграл от электрического поля вдоль этого пути. Согласно данному определению, разность напряжений между двумя точками не формируется однозначно, когда существуют изменяющиеся во времени магнитные поля, поскольку электрическая сила не является консервативной в таких случаях.

Если используется это определение напряжения, любая цепь, в которой существуют изменяющиеся во времени магнитные поля, например, ряды, содержащие индукторы, не будет иметь четко определенного напряжения между узлами в цепи. Однако если магнитные поля надлежащим образом содержатся в каждом компоненте, то электрическое является консервативным во внешней области, и составляющие хорошо определены в ней. В этом случае напряжение на индукторе, если смотреть со стороны, оказывается.

Несмотря на то, что внутреннее электрическое поле в катушке равно нулю (при условии, что это идеальный проводник). Существует еще несколько способов, чтобы узнать, какая формула напряжения необходима в конкретном случае.

Определение через разложение электрического поля

Используя приведенное выше понятие, потенциал не находится на одном месте, когда магнитные поля меняются со временем. В физике иногда полезно обобщать электрическое значение, рассматривая только консервативную часть поля. Это делается с помощью следующего разложения, используемого в электродинамике.

В показанной выше формуле Е — индуцированный — вращательное электрическое поле, обусловленное изменяющимися во времени магнитными фонами. В этом случае сила между точками всегда определяется однозначно.

Еще один способ

Разберем формулу механического напряжения в физике, теории цепей.

В схемотехническом анализе и электротехнике сила на катушке индуктивности не считается нулевым или неопределенным, как предполагает стандартное определение. Это связано с тем, что инженеры-электрики используют модель с сосредоточенными элементами для представления и анализа цепей.

При этом предполагается, что в области окружающего ряда нет магнитных полей, и их влияние содержится в «сосредоточенных элементах», которые являются идеализированными и автономными составляющими схемы, используемыми для моделирования физических компонентов. Если предположение о незначительных утечках полей является слишком неточным, их эффекты могут быть смоделированы паразитными компонентами.

Однако в случае физического индуктора идеальное представление с сосредоточенными параметрами часто является точным. Это связано с тем, что поля утечки в индуктивности, как правило, незначительны, особенно если заряд представляет собой тороид. Если протекшие поля небольшие, можно найти, что является независимым от пути, и на клеммах индуктора имеется четко определенное напряжение. Это причина того, что измерения с помощью вольтметра на катушке часто в достаточной степени не зависят от расположения измерительных проводов.

Гидравлическая аналогия

Простая параллель для электрического контура в формуле изменения напряжения — вода, протекающая по замкнутому трубопроводу, приводимая в действие механическим насосом. Это можно назвать «водным контуром». Разность потенциалов между двумя точками соответствует отличием давлений между ними. Если насос создает перепад напора, то вода, текущая из одной колбы в другую, сможет выполнять работу, например, приводить турбину в движение. Точно так же работа может выполняться электрическим током, управляемым разностью потенциалов, обеспечиваемой батареей. Например, напряжение, которое достаточно заряжено автомобильным аккумулятором, может «проталкивать» большой ток через обмотки стартерного двигателя. Если насос не работает, он не создает разности давлений, и турбина не вращается. Аналогично если аккумуляторная батарея машины очень слаба или разряжена, то она не будет вращать стартер.

Гидравлическая аналогия является полезным способом понимания многих электрических концепций. В такой системе напряжение вычисляется по формуле давления, умноженного на объем перемещаемого заряда. В электрической цепи работа, выполняемая для передвижения частиц или других носителей, равна «электрическому давлению», умноженному на количество перемещенных электрочастиц. Чем больше перепад давления между двумя точками в отношении потока (разность потенциалов или перепад давления воды), тем больше расстояние между ними (электрический ток или поток воды).

Измерительные приборы

Инструментарий для определения напряжения включает в себя вольтметр, потенциометр и осциллограф. Первый работает путем измерения тока через фиксированный резистор, который, согласно закону Ома, пропорционален напряжению. Потенциометр работает путем балансировки неизвестного напряжения с известным в мостовой цепи. Катодно-лучевой осциллограф вычисляет, усиливая U и используя его для отклонения электронного луча от прямой траектории.

Типичные напряжения

Общий поток для батарей фонарика составляет 1,5 V. А совместное напряжение для автомобильных аккумуляторов — 12 вольт.

Общая сила, поставляемая большими энергокомпаниями потребителю, составляет от 110 до 120 вольт и от 220 до 240 вольт. Напряжения в передаче энергии, используемые для распределения всего тока от электростанций, может быть в несколько сотен раз больше, чем любые потребительские напряжения, как правило, от 110 до 1200 кВ (переменного тока).

Сила, которая используется в воздушных линиях для питания всех железнодорожных локомотивов, составляет от 12 кВ до 50 кВ (переменного тока) или от 1,5 кВ до 3 кВ (постоянного тока).

Потенциал Гальвани

Внутри проводящего материала на энергию электрона влияют не только средние возможности, но и конкретная тепловая и атомная среда, в которой он находится. Когда вольтметр подключен между двумя различными типами металла, он не измеряет разность электростатического потенциала.

Величина, измеренная с помощью вольтметра, является отрицательной и обычно называется разностью напряжений. В то время как чистая нескорректированная электростатическая возможность (неизмеряемая с помощью вольтметра) иногда называется Гальванической. Термины «напряжение» и «электрический потенциал» неоднозначны в том смысле, что на практике они могут относиться к любому из них в различных контекстах.

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Содержание

  1. Напряжение в цепях переменного тока
  2. Потенциал Гальвани
  3. Напряжение в цепях постоянного тока
  4. Как рассчитывать трехфазное напряжение
  5. Как найти силу тока через сопротивление и напряжение
  6. Чему равно напряжение.
  7. Информация о напряжении
  8. Физический смысл
  9. Формулы для вычислений
  10. Тождества для переменного тока
  11. Единицы измерения в формуле
  12. Физическая работа пробного заряда в электрическом поле
  13. Как работает закон в реальной жизни
  14. Понятие потенциала
  15. Пример с обычной водой
  16. Закон Ома
  17. Суть явления
  18. Характерные значения и стандарты
  19. Что такое ЭДС
  20. Измерение напряжения на различных участках электрической цепи.
  21. Применение закона Ома на практике
  22. Как найти сопротивление нагрузки
  23. Подводим ИТОГИ:

Напряжение в цепях переменного тока

Не прикасаться, корпус под напряжением. Запрещающий знак, Германия.

Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:

  • мгновенное напряжение;
  • амплитудное значение напряжения;
  • среднее значение напряжения;
  • среднеквадратичное значение напряжения;
  • средневыпрямленное значение напряжения.

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):

u=u(t).{\displaystyle u=u(t).}

Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:

UM=max(|u(t)|).{\displaystyle U_{M}=\max(|u(t)|).}

Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:

u(t)=UMsin⁡(ωt+ϕ).{\displaystyle u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).}

Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратичным значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311,127 В.

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения

(постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

Um=1T∫Tu(t)dt. {2}(t)dt}}.}

Среднеквадратичное значение напряжения наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение.

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Uq=12UM≈,707UM;UM=2Uq≈1,414Uq.{\displaystyle U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q}\approx 1,414U_{q}.}

В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратичное значение напряжения, и все вольтметры проградуированы исходя из его определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратичное, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.

Средневыпрямленное значение напряжения есть среднее значение модуля напряжения:

Um=1T∫T|u(t)|dt. {T}|u(t)|dt.}

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Um=2πUM(≈,637UM)=22πUq(≈,9Uq).{\displaystyle U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).}

На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратичным значениям.

Потенциал Гальвани

Внутри проводящего материала на энергию электрона влияют не только средние возможности, но и конкретная тепловая и атомная среда, в которой он находится. Когда вольтметр подключен между двумя различными типами металла, он не измеряет разность электростатического потенциала.

Величина, измеренная с помощью вольтметра, является отрицательной и обычно называется разностью напряжений. В то время как чистая нескорректированная электростатическая возможность (неизмеряемая с помощью вольтметра) иногда называется Гальванической. Термины «напряжение» и «электрический потенциал» неоднозначны в том смысле, что на практике они могут относиться к любому из них в различных контекстах.

Напряжение в цепях постоянного тока

В таких цепях значение описываемой характеристики в течение длительного времени остается постоянным. Постепенное изменение значения данной характеристики при подключении потребителей (нагрузки) к батарее связано с ее разрядкой – уменьшением разности потенциалов между клеммами источника питания вследствие перемещения большего количества носителей зарядов с положительной клеммы на отрицательную.

Ток и напряжение в данном случае связаны законом Ома, формула которого приведена ниже:

I = U/R,

где:

  • I – сила тока, А;
  • U – разность потенциалов, В;
  • R – сопротивление, Ом.

Треугольник Ома – удобная форма формулы одноименного закона

Как рассчитывать трехфазное напряжение

Промышленная передача электроэнергии использует три симметрично расположенных по времени синусоиды напряжения, которые вырабатывают генераторы.  

Три обмотки их ротора разнесены между собой на 120 градусов и вращаются в магнитном поле статора, поочередно пересекая его силовые линии. Поэтому у них наводится таким же образом смещенная электродвижущая сила. 

Синусоиды сдвинуты между собой на такой же угол, как показано правее. Их векторное выражение на комплексной плоскости тоже отображается с углом 120О. 

При этом формируется система линейных и фазных напряжений, показанная на картинке. 

Между всеми линейными проводами образуется разность потенциалов в 380 вольт. В то же время относительно каждого этого проводника и нулем присутствует так нам привычное 220. 

Такая система постоянно работает в сбалансированном режиме: токи однофазных потребителей циркулируют по своим замкнутым цепочкам, постоянно складываясь в нулевом проводнике. Сложение это не чисто арифметическое, а векторное, учитывающее направление потока энергии. 

Поэтому при геометрическом сложении векторов происходит снижение тока в проводе нуля и его, как правило, делают тоньше, чем остальные жилы.   

Формулы электрического напряжения для линейных и фазных величин, а также токов смотрите прямо на картинке. 

Как найти силу тока через сопротивление и напряжение

Сила тока обозначается латинскими или , и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.

Мужчина считает силу тока

Существуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.

При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.

Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.

Чему равно напряжение.

Напряжение напрямую связано с работой тока, зарядом и сопротивлением. Чтобы измерить напряжение непосредственно в электрической цепи, к ней нужно подключить вольтметр. Он присоединяется к цепи параллельно, в отличие от амперметра, который подключается последовательно. Зажимы измерительного прибора крепятся к тем точкам, между которыми нужно вычислить напряжение. Чтобы он правильно показал значение, нужно включить цепь. На схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной в кружок.

Изображение вольтметра и электрической цепи

Напряжение обозначается латинской , а измеряется в . Оно равно работе, которое совершает поле при перемещении единичного заряда. Формула напряжения тока – это U = A/q, где A – работа тока, q – заряд, а U – само напряжение.

Обратите внимание! В отличие от магнитного поля, где заряды неподвижны, в электрическом поле они находятся в постоянном движении. Электрическое поле

Электрическое поле

Напряжение — работа электрического тока, при которой происходит перемещение заряда из одной точки в другую. Оно имеет векторное направление. Электрическим током является движение заряженных элементарных частиц под воздействие электромагнитного поля.

Некоторые начинающие физики не знают, в чем измеряется напряжение

Знать это очень важно, поскольку элементы электрической цепи можно рассчитать неверно. Единицей измерения тока является ампер (А), а напряжения — вольт (В)

В последнем случае применяется вольтметр — прибор, измеряющий величину напряжения или разности потенциалов. Он подключается параллельно в систему. Например, нужно измерить его значение на лампочке накаливания. Для этого необходимо подключиться параллельно к ней, а не последовательно.

Физический смысл

Под физическим смыслом напряжения или разности потенциалов понимают работу, необходимую для перемещения точечного заряда в 1 Кл из одного места в другое. В этом случае переносится только положительный потенциал. При этом возникает электродвижущая сила (ЭДС), которая называется напряжением или разностью потенциалов.

Для понимания физического смысла следует рассмотреть более простой пример. Пусть существует некоторая система, состоящая из насоса, труб и крана. Насос — напряженность электрического поля, трубы — провода, а кран — сопротивление системы. При включении первого происходит закачивание воды. Если немного приоткрыть кран, то она польется маленькой струйкой. При открытии его полностью жидкость будет уходить более интенсивно.

Формулы для вычислений

Все формулы для расчетов построены на законах Ома. Их всего два: для участка и для всей цепи. Формулировка первого: ток, протекающий на искомом участке, прямо пропорционален U и обратно пропорционален R. Его математическая запись имеет такой вид: I=U/R. Из последнего получаются такие соотношения:

  1. U=IR.
  2. R=U/I.
  3. P=IU=(I2 )R=(U2 )/R, где Р — мощность.

Для полной цепи закон формулируется иначе: ток I прямо пропорционален ЭДС (E) и обратно пропорционален алгебраической сумме внешнего R и внутреннего r сопротивлений. Следует отметить, что r — проводимость источника питания. Записывается он в таком виде: I=E/(R+r). Физики вывели следующие соотношения, помогающие при расчетах:

  1. Е=I (R+r).
  2. R=(E/I)-r.
  3. r=(E/I)-R.
  4. Р=ЕI=(E2 )/(R+r)=(R+r)I2.

Тождества для переменного тока

Напряжение при переменном токе классифицируется на определенные виды. К ним относятся следующие:

  1. Мгновенное или действующее — параметр, который измеряют приборы (Um).
  2. Амплитудное — величина, характеризующее максимальную величину в определенный момент времени. Расчитывается по формуле с учетом угловой частоты (w), времени (t) и угла между фазами (f), который измеряется осциллографом: u (t)=Uмsin (wt+f).
  3. Среднеквадратичное (Uq) — величина, вычисляемая по формуле: Uq=0,7073Uм).

Для расчета следует иметь знания об индуктивной Xl, емкостной Xc и резистивной R нагрузках. Первая — проводимость всех элементов, содержащих индуктивность (катушки, трансформаторы, электродвигатели). Во втором случае учитываются все емкостные радиодетали (варисторы и конденсаторы). Резистивная нагрузка включает все значения резисторов.

Полный импеданс цепи (Z) равен сумме всех элементов, содержащий активную, индуктивную и емкостную. Специалисты рекомендуют использовать такие формулы, необходимые для расчетов:

  1. Xl=wL.
  2. Хс=1/wC.
  3. Z=R+Xc+Xl.
  4. I=Uм/Z.
  5. Uм=IZ.
  6. Z=Uм/I.

Четвертая формула является законом Ома для участка цепи, которую следует применять при переменных токах.

Таким образом, при помощи формулы напряжения можно рассчитывать не только основные параметры электричества для постоянного и переменного токов, но и его допустимые величины для человека.

Единицы измерения в формуле

В формуле, определяющей напряжение, значением СИ является вольт. Таким образом, что 1В = 1 джоуль/кулон. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел химическую батарею.

Это означает, что в формуле напряжения в физике один кулон заряда получит один джоуль потенциальной энергии, когда он будет перемещен между двумя точками, где разность электрических потенциалов составляет один вольт. При напряжении 12, один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии.

Батарея на шесть вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить шесть джоулей потенциальной энергии между двумя местоположениями. Батарея на девять вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить девять джоулей потенциальной энергии.

Физическая работа пробного заряда в электрическом поле

Итак, вы превратились в пробный электрический заряд q во много раз меньший чем заряд Q на обкладках конденсатора и начали свое путешествие между обкладок конденсатора. При этом вы будете испытывать действие кулоновых сил. Допустим, что вы являетесь отрицательно заряженной частицей подобно электрону, тогда вас будет притягивать в сторону обкладки +Q, и вас будет отталкивать от обкладки с зарядом -Q. Чем ближе вы будете к одной из обкладок, тем сильнее вы будете испытывать ее силовое действие.

Предположим, что вы вошли в конденсатор со стороны обкладки -Q и вас тут же начало отталкивать от нее в сторону обкладки +Q. Вы не стали сопротивляться такому воздействию и решили не противится природе и двигаться в полном согласии с влечением. Для этих целей как раз удобно расположены балки и лестницы, по которым вы можете свободно добраться до обкладки +Q любым маршрутом. Так как на вас действуют электрическая кулоновская сила, то вы начинаете свободно набирать скорость, словно вас несет ветром. В итоге вы преодолели расстояние по балке от одной лестницы до другой в направлении от точки A к точке B (смотрите рисунок выше). Лестницы — это эквипотенциальные линии, и соответственно, вы преодолели расстояние от одного значения потенциала к другому. В нашем случае вы двигались от того потенциала, который для вас больший по величине, к тому, что меньше. Если же вы были бы зарядом другого знака, то есть +q, тогда потенциалы поменяли бы свои знаки и больший стал бы меньшим, а меньший большим. Математически это означает умножение потенциалов на -1.

На вас действовала сила и вы переместились из точки A в точку B, другими словами вы двигались от потенциала φa (большего) к потенциалу φb (меньшему). Это подобно тому, как если бы вы плыли по течению реки на плоту, когда вам не нужно грести веслами и не требуется мотора для движения. Можно сказать, что вами совершена механическая работа, которая является вычисляется как произведение силы на расстояние. Совершив такое перемещение, вы потеряли часть потенциальной энергии, которая перешла в кинетическую (скорость вашего движения), а затем выделилась вероятно в виде тепла при торможении. Проделав обратный путь из точки B в точку A, вы будете двигаться как бы против течения, вам придется затратить энергию, грести веслами, использовать мотор и т. п. Переместившись обратно вы увеличите свою потенциальную энергию, потому как переместитесь в точку с большим потенциалом и ваше энергетическое состояние увеличится.

Разность этих двух потенциалов φa и φb и будет являться электрическим напряжением. Это равнозначные понятия, но в практической электротехнике чаще всего употребляют выражение не разность потенциалов, а напряжение. При рассмотрении электрических цепей употребляют такое выражение как падение напряжения на участке цепи, а для источников электричество та же самая разность потенциалов определяется как электродвижущая сила (ЭДС).

Разность потенциалов Δφ=φ12 всегда показывает какую работу A может совершить носитель заряда q при перемещении этого заряда из точки с одним потенциалом φ1 в точку с другим потенциалом φ2. При вычислении надо иметь в виду, что потенциалы могут быть как со знаком плюс, так и со знаком минус.

Если заряду для такого перемещения требуется затратить энергию, а значит увеличить свой потенциал, то тогда работа А будет со знаком (-), а если носитель заряда перемещается из области высокого потенциала в область с низким потенциалом, тогда происходит выделение энергии и работа А будет со знаком (+). Таким образом электрическое напряжение — это энергетическая характеристика электрического поля и представляет собой разность потенциалов Δφ. Это значит, что принципиально неверно утверждать, что напряжение — это потенциал. Электрическое напряжение – это всегда разность потенциалов и она возможна только между двумя точками электрического поля. Если имеется одна точка в пространстве электрического поля, тогда уместно говорить только о потенциале этой точки, но никак ни о ее напряжении.

Необходимо совершенно ясно представлять в чем заключаются различия между такими понятиями как: напряженность электрического поля E, потенциал φ, и, конечно, разность потенциалов — электрическое напряжение. Поняв эти различия, будет совершенно легко разобраться с тем, что такое электрический ток.

Как работает закон в реальной жизни

Используя совместно формулу расчета мощности и закон Ома, можно производить вычисления, не зная одной из величин. Самый простой пример – для лампы накаливания известны только ее мощность и напряжение. Применяя приведенные выше формулы, можно легко определить параметры нити накаливания и ток через нее.

Лампа накаливания

Сила тока формула через мощность:

I=P/U;

Сопротивление:

R=U/I.

Такой же результат можно найти из мощности, не прибегая к промежуточным расчетам:

R=U2/P.

Аналогично можно вычислить любую величину, зная только две из них. Для упрощения преобразований имеется мнемоническое отображение формул, позволяющее находить любые величины.

Правило для запоминания расчетов

Внимательно посмотрев на формулы, можно заметить, что, если уменьшить напряжение на лампе в два раза, ожидаемая мощность не снизится аналогично в два раза, а в четыре, согласно формуле:

P=U2/R.

Это довольно распространенная ошибка среди далеких от электротехники людей, которые неправильно соотносят мощность и напряжение, а также их действие на остальные параметры.

Кстати. Сила тока, найденная через сопротивление и напряжение, справедлива как для постоянного, так и для переменного тока, если в ней не используются такие элементы, как конденсатор или индуктивность.

Облегчить расчеты можно, используя онлайн калькулятор.

Понятие потенциала

Для того чтобы электроны прошли по цепи, необходима энергия, способная привести их в движение по электрическому контуру. Например, в случае со статическим электричеством — это сила, производимая дисбалансом электрического заряда в предметах.

Школьный опыт с натиранием эбонитовой палочки об шерсть иллюстрирует создание избытка электронов в эбоните (отрицательный заряд) и дефицит электронов в шерсти (положительный заряд) при затратах механической энергии на натирание.

Это и есть электрический ток в цепи, а степень электризации тел есть величина, называемая потенциалом. Упрощённо для понимания того, что называется напряжением, можно рассматривать эту величину как разницу потенциалов между предметами.

Пример с обычной водой

Этот потенциал давления эквивалентен напряжению. Чем больше воды в баке, тем сильнее воздействие. Чем мощнее заряд хранится в батарее, тем выше напряжение.

Когда открываешь шланг, течет поток воды. Давление в резервуаре определяет, насколько быстро он вытекает. Электрический ток измеряется в амперах. Чем больше вольт, тем сильнее А тока. Значит, чем сильнее давление воды, тем быстрее она вытечет из бака.

Тем не менее ток также зависит от сопротивления. В случае шланга – это его ширина. Широкая труба позволяет пропускать больше воды за меньшее время, а узкая – противостоит потоку жидкости. С электрическим током также может быть сопротивление, измеренное в Омах.

Закон Ома

Электрическая цепь состоит из отдельных участков — однородных и неоднородных. Участки цепи, на которых отсутствует действие сторонних сил, т.е.участки, без источников тока, называются однородными. Участки цепи, на которых имеются источники тока, называются неоднородными.

Формула закона Ома для однородного участка цепи выглядит так:

$ I = {U \over R} $ (1).

Полностью формулировка закона Ома звучит следующим образом: сила тока I для проводника на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению U на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

Для неоднородного участка цепи, содержащего источник тока с электродвижущей силой Еэдс ,закон Ома записывается в следующем виде:

$ I = {E_{эдс} \over R + r} $ (2),

где: R — сопротивление цепи, r — сопротивление источника тока. Уравнение (2) называется законом Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна ЭДС источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Суть явления

Напряжением называется электрическая движущая сила, которая призвана толкать свободные виды электронов от одного атома к другому в определенном направлении. Обязательное требование для протекания зарядов это наличие цепи с замкнутым контуром, который создает условия, для того чтобы их передвигать. Если имеется обрыв электроцепи, то процесс направленного перемещения частиц прекращается.

Обратите внимание! Стоит отметить, что единица напряжения электрической цепи зависит от того, какой проводник имеет материал, как подключена нагрузка, какая есть температура. Что это такое

Что это такое

Характерные значения и стандарты

Объект Тип напряжения Значение (на вводе потребителя) Значение (на выходе источника)
Электрокардиограмма Импульсное 1—2 мВ
Телевизионная антенна Переменное высокочастотное 1—100 мВ
Гальванический цинковый элемент типа АА («пальчиковый») Постоянное 1,5 В
Литиевый гальванический элемент Постоянное 3—3,5 В (в исполнении пальчикового элемента, на примере Varta Professional Lithium, AA)
Логические сигналы компьютерных компонентов Импульсное 3,5 В; 5 В
Батарейка типа 6F22 («Крона») Постоянное 9 В
Силовое питание компьютерных компонентов Постоянное 5 В, 12 В
Электрооборудование автомобилей Постоянное 12/24 В
Блок питания ноутбука и жидкокристаллических мониторов Постоянное 19 В
Сеть «безопасного» пониженного напряжения для работы в опасных условиях Переменное 36—42 В
Напряжение наиболее стабильного горения свечи Яблочкова Постоянное 55 В
Напряжение в телефонной линии (при опущенной трубке) Постоянное 60 В
Напряжение в электросети Японии Переменное трёхфазное 100/172 В
Напряжение в домашних электросетях США Переменное трёхфазное 120 В / 240 В (сплит-фаза)
Напряжение в бытовых электросетях России Переменное трёхфазное 220/380 В 230/400 В
Разряд электрического ската Постоянное до 200—250 В
Контактная сеть трамвая и троллейбуса Постоянное 550 В 600 В
Разряд электрического угря Постоянное до 650 В
Контактная сеть метрополитена Постоянное 750 В 825 В
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, постоянный ток) Постоянное 3 кВ 3,3 кВ
Распределительная воздушная линия электропередачи небольшой мощности Переменное трёхфазное 6—20 кВ 6,6—22 кВ
Генераторы электростанций, мощные электродвигатели Переменное трёхфазное 10—35 кВ
На аноде кинескопа Постоянное 7—30 кВ
Статическое электричество Постоянное 1—100 кВ
На свече зажигания автомобиля Импульсное 10—25 кВ
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, переменный ток) Переменное 25 кВ 27,5 кВ
Пробой воздуха на расстоянии 1 см 10—20 кВ
Катушка Румкорфа Импульсное до 50 кВ
Пробой слоя трансформаторного масла толщиной 1 см 100—200 кВ
Воздушная линия электропередачи большой мощности Переменное трёхфазное 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ
Электрофорная машина Постоянное 50—500 кВ
Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения (межсистемные) Переменное трёхфазное 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ
Трансформатор Тесла Импульсное высокочастотное до нескольких МВ
Генератор Ван де Граафа Постоянное до 7 МВ
Грозовое облако Постоянное От 2 до 10 ГВ

Что такое ЭДС

Что такое ЭДС, думаете Вы? Сейчас расскажу!

Электродвижущая сила (ЭДС) тоже измеряется в Вольтах, как и
напряжение.

Давайте возьмём прибор, который измеряет вольты (вольтметр),
батарейку и произведём замер.

Прибор показывает 1,5 Вольта и это не напряжение, а электродвижущая сила (ЭДС).

А теперь подключим к батарейке лампочки.

Измерение напряжения на различных участках электрической цепи.

Заметили, что на одной лампочке напряжение (не ЭДС)
составляет 1 Вольт, а на другой 0,3 вольта

Напряжение на лампочках зависит от их мощности.Мощность измеряется
в Ваттах.

 Мощность= Напряжение
* ток (P=U*I)

Чем больше мощность лампочки, тем больше будет на ней
напряжение.

Если батарейка у нас 1,5 вольта= 1 Вольт +0,3 Вольта= 1,3
Вольта, куда делись 0,2 Вольта? У батарейки есть тоже своё внутреннее сопротивление,
вот туда они и ушли.

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

  Онлайн калькулятор для определения величины сопротивления  
  Напряжение, В:  
  Величина тока, А:  
  

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rн. По сути, это является тем же сопротивлением участка цепи и вычисляется также по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме изображаются в виде крестиков в кружке – лампочкой; то есть двигатель, лампа, конкретный прибор и т. д.

Каждая нагрузка имеет своё собственное сопротивление. Например, если к сети подключена одна лампочка, то сопротивление нагрузки – показатель этого единственного прибора в цепи. Если к цепи подключено несколько нагрузок, то сопротивление считается суммарно для каждой из них.

Сопротивление нагрузки вычисляется в соответствии с законом Ома, то есть Rn = U/I. Если к сети подключено несколько нагрузок, то оно будет рассчитываться следующим образом: сначала находится сопротивление каждой отдельной «лампочки». Далее Rn вычисляется в зависимости от того, какой тип подключения в цепи: последовательное или параллельное. При параллельном 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n –количество подключенных приборов. Если же соединение последовательное, общее R равно сумме всех R цепи.

Последовательное/параллельное соединения

Подводим ИТОГИ:

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)- это физическая
величина, которая характеризует работу сторонних сил в источниках тока
(батарейки, генераторы и т. д). ЭДС показывает нам работу источника тока по
переносу заряду через всю цепь.

А напряжение показывает нам работу по переносу заряда на
участке цепи.

Что такое напряжение простыми словами — это  внешняя сила, которая перемещает  наш с вами шарик в показанном примере выше.

А в электричестве — это сила, которая перемещает электроны
от одного атома к другому.

Приведу ещё один пример, что такое электрическое напряжение :

Представьте, что вы можете поднять камень весом 50 кг, т.е
Ваша подъёмная сила равна 50 кг (в электричестве это электродвижущая сила).
Идетё вы и на пути у вас лежит камень массой 20 кг, вы берёте его и несёте 10
метров. Вы затратили определённую энергию по переносу этого камня  (в электричестве это — напряжение). Следующий камень
уже весит 40 кг и чтобы его перенести из одной точки в другую вы затратите
больше энергии, чем затратили по переносу камня весом 20 кг. Подъёмная сила (в
электричестве-это ЭДС) у Вас всегда одна, но в зависимости от веса камня вы
всегда тратите разное количество энергии (в электричестве — это напряжение).
Т.е. на каждом отрезке пути у Вас разное напряжение.

Надеюсь вы поняли, что такое электрическое напряжение!

определение и суть физической величины, расчёт и измерение

Содержание

  • Как возникает напряжение
  • Чему равно напряжение.
  • Как найти с помощью формулы напряжение
  • Рассмотрим работу электровакуумных приборов.
  • Электромагнитная индукция. Магнитный поток
  • Что такое напряжение в сети электричества.
  • Физика8 класс
  • § 39. Электрическое напряжение
  • Определение величины напряжения
  • Различные используемые величины
  • В чем измеряется
  • Пример с обычной водой
  • Единицы измерения в формуле

Как возникает напряжение

Прежде, чем рассматривать единицы измерения электрического напряжения, необходимо выяснить природу этого явления. В составе атомов любого вещества имеются ядро, несущее «плюсовой» заряд, и быстро обращающиеся вокруг электроны с «минусовым». Поскольку число быстрых частиц идентично количеству протонов ядра, в обычном состоянии атом зарядом не обладает. Но при ликвидации одного или нескольких электронов атом начнет пытаться притянуть недостающие, образуя возле себя положительное поле. Отрицательный полевой потенциал возникает при появлении добавочных электронов.

Когда плюсовой и минусовой потенциалы сталкиваются, между ними возникает двустороннее притяжение. Чем более различаются потенциалы, тем активнее содержащиеся в отрицательно заряженном материале электроны переходят к имеющему обратный знак заряду, и тем, соответственно, больше напряжение электрического поля.

Когда соединяются потенциалы противоположно заряженных проводниковых элементов, появляется электрический ток. Так называется целенаправленное перемещение заряженных частиц, пытающееся ликвидировать потенциальную разность. Чтобы заряды двигались по проводнику, электрополе выполняет работу, характеризуемую напряжением.

Чему равно напряжение.

Напряжение напрямую связано с работой тока, зарядом и сопротивлением. Чтобы измерить напряжение непосредственно в электрической цепи, к ней нужно подключить вольтметр. Он присоединяется к цепи параллельно, в отличие от амперметра, который подключается последовательно. Зажимы измерительного прибора крепятся к тем точкам, между которыми нужно вычислить напряжение. Чтобы он правильно показал значение, нужно включить цепь. На схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной в кружок.

Изображение вольтметра и электрической цепи

Напряжение обозначается латинской , а измеряется в . Оно равно работе, которое совершает поле при перемещении единичного заряда. Формула напряжения тока – это U = A/q, где A – работа тока, q – заряд, а U – само напряжение.

Обратите внимание! В отличие от магнитного поля, где заряды неподвижны, в электрическом поле они находятся в постоянном движении. Электрическое поле

Электрическое поле

Как найти с помощью формулы напряжение

Людей, интересующихся электричеством и физикой, всегда волнует вопрос, как найти напряжения, если известны другие характеристики. Его можно найти через многие формулы: в соответствии с законом Ома, через работу тока, путём сложения всех напряжений в электрической цепи и практическим способом – с помощью вольтметра. Как вычислить показатель с помощью последнего способа было описано выше.

Важно! В цепях с последовательным соединением общее напряжение – сумма значений каждой нагрузки. При параллельном соединении общее напряжение равно значению каждой лампочки, у которых оно также эквивалентно

Измерение напряжения

По каким формулам вычисляется напряжение через работу и сама сила тока, рассказывают на уроках физики, так как эти величины считаются базовыми. Работа тока равна произведению напряжения и заряда: A = U*q. Также, из этой формулы выводится A = U*I*t, так как заряд – произведение силы тока и времени. Из них следует, что U = A/q или U = A/(I*t). Кроме того, одной из основных является формула напряжения, выведенная из закона Ома: U = R/I.

Важно! Определить напряжение можно и через мощность электрического тока. Мощность равна A/t, и, так как A = U*I*t, конечная формула выглядит, как P = (U*I*t)/t

Здесь t сократится, и останется P = U*I, из которой следует, что U = P/I.

Рассмотрим работу электровакуумных приборов.

Напомню, что во время действия электрического тока в обычном проводнике, электрон, покидая своё место, оставляет там «дырку», которая затем заполняется электроном от другого атома, где в свою очередь так же образуется дырка, в последствии заполняемая другим электроном. Весь процесс движения электронов происходит в одну сторону, а движение «дыр», в противоположную. То есть дырка – явление временное, она заполняется всё равно. Заполнение необходимо для сохранения равновесия заряда в атоме.

А теперь рассмотрим работу электровакуумного прибора. Для примера возьмём простейший диод – кенотрон. Электроны в диоде во время действия электрического тока испускаются катодом в направлении анода. Катод покрыт специальными окислами металлов, которые облегчают выход электронов из катода в вакуум (малая работа выхода). Никакого запаса электронов в этой тоненькой пленке нет. Для обеспечения выхода электронов катод сильно разогревают нитью накала. Со временем раскаленная пленка испаряется, оседает на стенках колбы, и эмиссионная способность катода уменьшается. И такой электронно-вакуумный прибор попросту выкидывают. А если прибор дорогой, его восстанавливают. Для его восстановления колбу распаивают, заменяют катод на новый, после чего колбу обратно запаивают.

Электроны в проводнике двигаются «перенося на себе» электрический ток, а катод пополняется электронами от проводника, подключенного к катоду. На замену электронам, покинувшим катод, приходят электроны от источника тока.

Понятие «скорость движения электрического тока» не существует. Со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с), по проводнику распространяется электрическое поле, под действием которого все электроны начинают движение с малой скоростью, которая приблизительно равна 0,007 мм/с, не забывая ещё и хаотически метаться в тепловом движении.

Электромагнитная индукция. Магнитный поток

Подробности
Просмотров: 449

«Физика — 11 класс»

Электромагнитная индукция

Английский физик Майкл Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений.
Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле — магнитное.
В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, легшее в основу устройства генераторов, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока.

Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции — это возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Для своих многочисленных опытов Фарадей использовал две катушки, магнит, выключатель, источник постоянного тока и гальванометр.

Электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока?

В результате опытов Фарадей установил главные особенности явления электромагнитной индукции:
1). индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

.

Вывод:

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток.

При этом не важно. что является причиной изменения числа линий магнитной индукции

Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке,

и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве, и т.д.

Магнитный поток

Магнитный поток — это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром.

Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.
Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции .

Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и :

Ф = BScos α

гдеВcos α = Вn — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.
Поэтому

Ф = BnS

Магнитный поток тем больше, чем больше Вn и S.

Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.

Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единицей магнитного потока является вебер.
Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Следующая страница «Направление индукционного тока. Правило Ленца»

Назад в раздел «Физика — 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Электромагнитная индукция. Магнитный поток —
Направление индукционного тока. Правило Ленца —
Закон электромагнитной индукции —
ЭДС индукции в движущихся проводниках. Электродинамический микрофон —
Вихревое электрическое поле —
Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока —
Электромагнитное поле —
Примеры решения задач —
Краткие итоги главы

Что такое напряжение в сети электричества.

Напряжение – это физическая величина, которая характеризует электрическое поле. Иными словами, оно показывает, какую работу оно совершает при перемещении одного положительного заряда на определённое расстояние.

Показатель напряжения на вольтметре

За единицу напряжения в международной системе принимается такой показатель на концах проводника, при котором заряд в 1 Кл совершает работу в 1 Дж для перемещения его по этому проводнику. Общепринятой единицей измерения напряжения считается 1 В – Вольт.

Важно! Работа измеряется в Джоулях, заряды в Кулонах, а напряжение в Вольтах, следовательно, 1 Вольт равняется 1 Джоулю, деленному на 1 Кулон

Физика8 класс

§ 39. Электрическое напряжение

Мы знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем, а оно при этом совершает работу. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. В процессе такой работы энергия электрического поля превращается в другой вид энергии — механическую, внутреннюю и др.

От чего же зависит работа тока? Можно с уверенностью сказать, что она зависит от силы тока, т. е. от электрического заряда, протекающего по цепи в 1 с. В этом мы убедились, знакомясь с различными действиями тока (см. § 35). Например, пропуская ток по железной или никелиновой проволоке, мы видели, что чем больше была сила тока, тем выше становилась температура проволоки, т. е. сильнее было тепловое действие тока.

Но не только от одной силы тока зависит работа тока. Она зависит ещё и от другой величины, которую называют электрическим напряжением или просто напряжением.

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Оно обозначается буквой U

Чтобы ознакомиться с этой очень важной физической величиной, обратимся к опыту

На рисунке 64 изображена электрическая цепь, в которую включена лампочка от карманного фонарика. Источником тока здесь служит батарейка. На рисунке 64, б показана другая цепь, в неё включена лампа, используемая для освещения помещений. Источником тока в этой цепи является городская осветительная сеть. Амперметры, включённые в указанные цепи, показывают одинаковую силу тока в обеих цепях. Однако лампа, включённая в городскую сеть, даёт гораздо больше света и тепла, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется это тем, что при одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл, различна. Эта работа тока и определяет новую физическую величину, называемую электрическим напряжением.

Рис. 64. Различное свечение ламп при одной и той же силе тока:
а — источник тока — батарейка; б — источник тока — городская сеть

Напряжение, которое создаёт батарейка, значительно меньше напряжения городской сети. Именно поэтому при одной и той же силе тока лампочка, включённая в цепь батарейки, даёт меньше света и тепла.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Зная работу тока А на данном участке цепи и весь электрический заряд q, прошедший по этому участку, можно определить напряжение U, т. е. работу тока при перемещении единичного электрического заряда:

U = A / q

Следовательно, напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.

Из предыдущей формулы можно определить:

A = Uq, q = A / U.

Электрический ток подобен течению воды в реках и водопадах, т. е. течению воды с более высокого уровня на более низкий. Здесь электрический заряд (количество электричества) соответствует массе воды, протекающей через сечение реки, а напряжение — разности уровней, напору воды в реке. Работа, которую совершает вода, падая, например, с плотины, зависит от массы воды и высоты её падения. Работа тока зависит от электрического заряда, протекающего через сечение проводника, и от напряжения на этом проводнике. Чем больше разность уровней воды, тем большую работу совершает вода при своём падении; чем больше напряжение на участке цепи, тем больше работа тока. В озёрах и прудах уровень воды всюду одинаков, и там вода не течёт; если в электрической цепи нет напряжения, то в ней нет и электрического тока.

Вопросы

  1. Опишите опыт, который доказывает, что работа тока зависит не только от силы тока, но и от напряжения.
  2. Что такое электрическое напряжение?
  3. Как можно определить его через работу тока и электрический заряд?

Определение величины напряжения

Выполняя электромонтажные работы, специалист сталкивается с разными типами напряжения. Например, розетки в квартирах и частных домах являются источниками переменного напряжения. Оно может быть понижено или повышено трансформатором, выпрямлено специальным устройством. Измерение напряжения трения производят в лабораторных условиях электрохимическим методом. Мастеру нужно знать об особенностях измерения разных видов напряжения.

Постоянное напряжение

Его можно измерить, используя магнитоэлектрические устройства. Сейчас в продаже можно найти высокоточные приборы, оснащенные цифровым дисплеем. Проще всего непосредственно подключить устройство к участку, на котором нужно провести измерения. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Предельное значение должно превышать предполагаемый максимум. В случае, когда измерительные работы выполняются без знания этого параметра, полагается установить максимальный предел и постепенно снижать его.
  2. Учитывать полярность подсоединения. В противном случае у стрелочного прибора указатель наклонится в противоположную сторону, у цифрового – на экране высветится отрицательное число.

Лабораторный вольтметр

Переменное напряжение

В этом случае в ход идут измерительные приборы разных видов, за исключением магнитоэлектрических. Работают с такими аппаратами только посредством подключения к выходу выпрямителя.

Различные используемые величины

В СИ работа выражается в джоулях на кулон, где 1 вольт = 1 джоуль за 1 кулон. Официальное определение СИ для вольта использует мощность и ток, где 1 вольт = 1 ватт (мощности) на 1 ампер (тока). Это определение эквивалентно более часто используемому «джоулю на кулон». Напряжение или разность электрических потенциалов обозначается символически DV, но чаще просто как V, например, в контексте Ома или Правилах Кирхгофа.

Различия электрического потенциала между точками могут быть вызваны зарядом, током через магнитное поле или некоторой комбинацией этих трех составляющих.

Вольтметр может быть использован для измерения напряжения (или разности потенциалов) между двумя точками в системе; часто в качестве одного объекта используется общий опорный потенциал, такой как заземление системы. Напряжение может представлять собой либо источник энергии (электродвижущая сила) либо потерянную, использованную или накопленную (падение потенциала) энергию.

Существует несколько полезных способов узнать какая формула напряжения в конкретном случае необходима.

Грубо говоря, сила определяется так, что отрицательно заряженные объекты притягиваются к более высоким напряжениям, а положительно — к более низким. Поэтому обычный ток в проводе или резисторе всегда течет от меньшего к большему.

Исторически формула закона напряжения упоминалась с использованием такого термина, как давление. Даже сегодня «натяжение» все еще применяется в таком контексте, например, в термине «высокое напряжение», которое обычно употребляется в электронике на основе термоэлектронных клапанов (вакуумных трубок).

В чем измеряется

Как обозначается напряжение в технической документации и на графических схемах? Единица измерения напряжения именуется вольт (В) по фамилии итальянского физика А. Вольта. Один вольт можно описать как потенциальную разницу двух точек поля, в котором с целью перемещения однокулонного заряда совершается работа в 1 джоуль.

Условное обозначение напряжения на схемах имеет вид заглавной латинской буквы V – символа единицы напряжения, заключенной в круг. Иногда вместо круга используется схематичное изображение измерительного прибора – вольтметра, идентифицируемое по литере V.

Важно! Если в некоторой сети имеется напряжение 220 В, это значит, что ее электрополе может затратить 220 джоулей с целью перемещения заряженных частиц через нагрузку и цепь. Для электрических приборов номинальное напряжение полагается обозначить в паспорте

Иногда оно указывается и в составе маркировки на передней панели корпуса (например, у счетчиков электроэнергии).

Пример с обычной водой

Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.

Зависимость сопротивления воды от содержания солей

Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей.  Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.

Единицы измерения в формуле

В формуле, определяющей напряжение, значением СИ является вольт. Таким образом, что 1В = 1 джоуль/кулон. Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел химическую батарею.

Это означает, что в формуле напряжения в физике один кулон заряда получит один джоуль потенциальной энергии, когда он будет перемещен между двумя точками, где разность электрических потенциалов составляет один вольт. При напряжении 12, один кулон заряда получит 12 джоулей потенциальной энергии.

Батарея на шесть вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить шесть джоулей потенциальной энергии между двумя местоположениями. Батарея на девять вольт имеет потенциал для одного кулона заряда, чтобы получить девять джоулей потенциальной энергии.

Tags: ампер, анод, батарейка, бра, вид, выключатель, генератор, дом, е, заземление, знак, как, контур, кт, лампочка, магнит, монтаж, мощность, напряжение, номинал, перенос, полярность, потенциал, провод, пуск, р, работа, резистор, ряд, свет, сеть, соединение, сопротивление, средство, схема, тен, тип, ток, трансформатор, ук, умный, электричество

Закон Ома онлайн — формулы и калькулятор

> , где I – интенсивность тока, U – напряжение, R – сопротивление.Теперь попробуем найти ток, закрыв его рукой. IТеперь перед напряжением и сопротивлением есть горизонтальная линия, горизонтальная линия – это линия, идущая слева направо. Горизонтальная линия обозначает разделение. Поэтому, чтобы найти силу тока, разделите напряжение на сопротивление.

Содержание

Примеры расчетов по закону Ома

Найдем напряжение, если сила тока 0,9 ампера, а сопротивление 100 Ом, с помощью треугольника накройте напряжение рукой, смотрите, вертикальная линия означает умножение. Снова используем ту же формулу, но меняем местами цифры: U = 0,9 ампера * 100 Ом, считаем, получается 90, значит U = 90 вольт.

Теперь рассчитаем сопротивление, взяв те же единицы, но убрав сопротивление, получим такую формулу: R = 90 вольт = 0,9 А, получаем 100 Ом.

Чтобы вычислить силу тока, мы снова вычитаем силу тока, получаем такую формулу I = 90 В \n100 Ом, получаем 0,9 Ампер. Вот и все, кстати, закон Ома действует там, где нет катушек и конденсаторов, не ведитесь на конденсаторы и индукторы, просто помните, что закон Ома действует там, где нет катушек и конденсаторов. Надеюсь, моя статья была полезной, всем удачи, с вами был Дмитрий Цывцын.

Формула мгновенной электрической мощности:

Как найти напряжение, если известно сопротивление

Причиной написания этой статьи стала не сложность этих формул, а тот факт, что при проектировании и разработке любой схемы часто приходится перебирать ряд значений, чтобы получить требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и включенный в нее калькулятор облегчат этот выбор и ускорят весь процесс. Также в конце этой статьи я приведу несколько приемов для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна для начинающих. Хотя формула проста, иногда, особенно в начале, возникает путаница в том, где и какой параметр следует разместить.

В электронике и электротехнике закон Ома и формула для расчета мощности используются чаще, чем любая другая формула. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя наиболее распространенными электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эта взаимосвязь была обнаружена и доказана Джорджем Саймоном Омом в 1826 году. В цепи ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Основная формула записывается так:

После преобразования основной формулы можно найти еще две величины:

Мощность. Его определение таково: мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и тока в электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Вот онлайн-калькулятор для расчета закона Ома и мощности. Этот калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Все, что вам нужно сделать, это ввести любые два значения. Используйте стрелки вверх и вниз для изменения введенного значения с шагом в единицу. Вы также можете выбрать размеры значений. Кроме того, для облегчения выбора параметров калькулятор может сохранить до десяти ранее выполненных расчетов, с теми же размерами, при которых производились расчеты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, нам приходилось все запоминать. Чтобы легче было запомнить, есть три информационных листа по закону Ома. Вот приемы, которые мы использовали.

Первый – это принцип мнемоники. Если выразить сопротивление из формулы закона Ома, то R = дробь.

Второй – это метод треугольника. Это также называется магическим треугольником закона Ома.

Если отделить значение, которое нужно найти, то мы получим формулу для нахождения его в остатке.

Третье. Это скорее рабочий лист, в котором собраны все основные формулы для четырех электрических величин.

Он так же прост в использовании, как и треугольник. Мы выбираем параметр, который хотим вычислить, он находится в маленьком кружке в центре, и получаем три формулы для его вычисления. Затем мы выбираем тот, который нам нужен.

Важно! Напряжение также можно определить по силе электрического тока. Мощность [P] равна A/t, а поскольку A = U*I*t, окончательная формула выглядит как P = (U*I*t)/t. Здесь t будет уменьшаться, а P = U*I, из чего следует, что U = P/I.

Как найти сопротивление нагрузки

Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rn. По сути, это то же самое, что и сопротивление участка цепи, и также рассчитывается по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме представлены в виде крестиков в круге – лампочка, или двигатель, лампа, конкретный электроприбор и т.д.

Каждый груз имеет свое собственное сопротивление. Например, если к цепи подключена одна лампочка, сопротивление нагрузки является показателем этого единственного устройства в цепи. Если в цепь подключено несколько нагрузок, сопротивление рассчитывается как сумма для каждой нагрузки.

Сопротивление нагрузки рассчитывается по закону Ома, т.е. Rn = U/I. Если к цепи подключено несколько нагрузок, сопротивление рассчитывается следующим образом: сначала рассчитывается сопротивление каждой отдельной “лампочки”. Затем Rn рассчитывается в зависимости от того, последовательно или параллельно подключена цепь. В параллельной цепи 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n – число подключенных устройств. В случае последовательного соединения общий R равен сумме всех R в цепи.

Последовательное/параллельное соединение

I = P/(U*cos φ), а для трехфазной системы: I = P/(1,73*U*cos φ), где U для трехфазной системы принимается равным 380 В, cos φ – коэффициент мощности, отражающий отношение активной и реактивной составляющих сопротивления нагрузки.

Стандартные розетки рассчитаны на нагрузку 16 А. Поскольку напряжение в сети составляет 220 В, максимальная мощность составляет 16 Ампер * 220 В = 3,520 Ватт или 3,5 киловатт. Второй 16-амперный автоматический выключатель обычно расположен на линии розетки.

Формула выглядит следующим образом – электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение, разделите мощность на силу тока). Сама мощность получается путем умножения силы тока на напряжение.

Основными электрическими величинами являются напряжение, текущий, сопротивление и мощность. Вероятно, самой важной формулой для электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (текущий равно напряжение деленное на сопротивление). Эта формула должна использоваться повсеместно.

Чтобы определить давление, разделите силу, действующую перпендикулярно поверхности, на площадь поверхности: давление = сила / площадь. Запишем числа в этом выражении: давление – p, сила, действующая на поверхность F и площадь поверхности S.

Рассчитать мощностьРабота должна быть разделена на время, в течение которого она выполняется. мощность = работа/время. N = A/t, где N мощностьA – работа, t – время выполнения работы.

простыми словами с примерами для “чайников”

Содержание

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока (I) на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).

Закон Ома для замкнутой цепи

Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R, в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:

I — Сила тока в цепи. Электродвижущая сила (ЭДС) — величина напряжения источника питания не зависящая от внешней цепи (без нагрузки). Характеризуется потенциальной энергией источника.

r — Внутреннее сопротивление источника питания. Для электродвижущей силы внешнее сопротивление R и внутреннее r соединены последовательно, значит величина тока в цепи определится значением ЭДС и суммой сопротивлений: I =/(R+r) .

Напряжение на выводах внешней цепи определится исходя из силы тока и сопротивления R соотношением, которое уже рассматривалось выше: U = IR.

Напряжение U, при подключении нагрузки R, всегда будет меньше чем ЭДС на величину произведения I*r, которую называют падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания. С этим явлением мы сталкиваемся достаточно часто, когда видим в работе частично разряженные батарейки или аккумуляторы. По мере разряда, увеличивается их внутреннее сопротивление, следовательно, увеличивается падение напряжение внутри источника, значит уменьшается внешнее напряжение U = — I*r. Чем меньше ток и внутреннее сопротивление источника, тем ближе по значению его ЭДС и напряжение на его выводах U.

Если ток в цепи равен нулю, следовательно, = U. Цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах. В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС (≈ U ) независимо от сопротивления внешней цепи R. Такой источник питания называют источником напряжения.

Закон Ома для переменного тока

При наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока необходимо учитывать их реактивное сопротивление. В таком случае запись Закона Ома будет иметь вид: I = U/Z

Здесь Z — полное (комплексное) сопротивление цепи — импеданс. В него входит активная R и реактивная X составляющие. Реактивное сопротивление зависит от номиналов реактивных элементов, от частоты и формы тока в цепи. Более подробно ознакомится с комплексным сопротивлением можно на страничке импеданс.

С учётом сдвига фаз φ, созданного реактивными элементами, для синусоидального переменного тока обычно записывают Закон Ома в комплексной форме.

Нелинейные элементы и цепи

Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, например, для большинства проводников. Его невозможно использовать для расчёта напряжения и тока в полупроводниковых или электровакуумных приборах, где эта зависимость не является пропорциональной и её можно определять только с помощью вольтамперной характеристики (ВАХ).

К данной категории элементов относятся все полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, стабилитроны, тиристоры, варикапы и т.д.) и электронные лампы. Такие элементы и цепи, в которых они используются, называют нелинейными.

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1(Вольт) протекает ток 1(Ампер).

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления в таблице:

ВеличинаСимволЕдиница измеренияСокращение единицы измерения
ТокIАмперА
НапряжениеVВольтВ
СопротивлениеRОмОм

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией».

Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

[E=IR]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

[I = frac{E}{R}]

[R = frac{E}{I}]

Сила тока, Закон Ома, формула.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

[I=frac{U}{R}]

Сила тока, Закон Ома, формула.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

[I=frac{U}{R}]

Напряжение, Закон Ома, формула

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

[U = IR]

Напряжение, Закон Ома, формула.

Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:


Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):


Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

[I = frac{E}{R} = frac{12 В}{3 Ом} = 4 А]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):


Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

[R = frac{E}{I} = frac{36 В}{4 А} = 9 Ом]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):


Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

[E = IR = (2 А)(7 Ом) = 14 В]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:


Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:


Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:


Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:


Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Что дает параллельное и последовательное соединение

Теоретические знания — это хорошо, но как их применить на практике? Параллельно и последовательно могут соединяться элементы любого типа. Но мы рассматривали только простейшие формулы, описывающие линейные элементы. Линейные элементы — это сопротивления, которые еще называют «резисторы». Итак, вот как можно использовать полученные знания:

В общем, это наиболее распространенные варианты использования этих соединений.

Параллельное и последовательное соединение

В электрике элементы соединяются либо последовательно — один за другим, либо параллельно — это когда к одной точке подключены несколько входов, к другой — выходы от тех же элементов.

Закон Ома для параллельного и последовательного соединения

Параллельное соединение

Параллельное соединение — это когда начала проводников/элементов сходятся в одной точке, а в другой — соединены их концы. Постараемся объяснить законы, которые справедливы для соединений этого типа. Начнем с тока. Ток какой-то величины подается в точку соединения элементов. Он разделяется, протекая по всем проводникам. Отсюда делаем вывод, что общий ток на участке равен сумме тока на каждом из элементов: I = I1 + I2 + I3.

Теперь относительно напряжения. Если напряжение — это работа по перемещению заряда, тоо работа, которая необходима на перемещение одного заряда будет одинакова на любом элементе. То есть, напряжение на каждом параллельно подключенном элементе будет одинаковым. U = U1=U2=U3. Не так весело и наглядно, как в случае с объяснением закона Ома для участка цепи, но понять можно.

Для сопротивления все несколько сложнее. Давайте введем понятие проводимости. Это характеристика, которая показывает насколько легко или сложно заряду проходить по этому проводнику. Понятно, что чем меньше сопротивление, тем проще току будет проходить. Поэтому проводимость — G — вычисляется как величина обратная сопротивлению. В формуле это выглядит так: G = 1/R.

Законы для параллельного соединения

Для чего мы говорили о проводимости? Потому что общая проводимость участка с параллельным соединением элементов равна сумме проводимости для каждого из участков. G = G1 + G2 + G3 — понять несложно. Насколько легко току будет преодолеть этот узел из параллельных элементов, зависит от проводимости каждого из элементов. Вот и получается, что их надо складывать.

Теперь можем перейти к сопротивлению. Так как проводимость — обратная к сопротивлению величина, можем получить следующую формулу: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

Последовательное соединение

Как работает закон Ома для этих случаев? При последовательном соединении сила тока, протекающая через цепочку элементов, будет одинаковой. Напряжение участка цепи с последовательно подключенными элементами считается как сумма напряжений на каждом участке. Как можно это объяснить? Протекание тока через элемент — это перенос части заряда с одной его части в другую. То есть, это определенная работа. Величина этой работы и есть напряжение. Это физический смысл напряжения. Если с этим понятно, двигаемся дальше.

При последовательном соединении приходится переносить заряд по очереди через каждый элемент. И на каждом элементе это определенный «объем» работы. А чтобы найти объем работы на всем участке цепи, надо работу на каждом элементе сложить. Вот и получается, что общее напряжение — это сумма напряжений на каждом из элементов.

Последовательное соединение и параметры этого участка цепи.

Точно так же — при помощи сложения — находится и общее сопротивление участка цепи. Как можно это себе представить? Ток, протекая по цепочке элементов, последовательно преодолевает все сопротивления. Одно за другим. То есть чтобы найти сопротивление, которое он преодолел, надо сопротивления сложить. Примерно так. Математический вывод более сложен, а так понять механизм действия этого закона проще.

Практическое использование

Собственно, к любому участку цепи можно применить этот закон. Пример приведен на рисунке.


Применяем закон к любому участку цепи.

Используя такой план, можно вычислить все необходимые характеристики для неразветвленного участка. Рассмотрим более детальные примеры.

Находим силу тока

Рассмотрим теперь более определенный пример, допустим, возникла необходимость узнать ток, протекающий через лампу накаливания. Условия:

  • Напряжение – 220 В;
  • R нити накала – 500 Ом.

Решение задачи будет выглядеть следующим образом: 220В/500Ом=0,44 А.

Рассмотрим еще одну задачу со следующими условиями:

  • R=0,2 МОм;
  • U=400 В.

В этом случае, в первую очередь, потребуется выполнить преобразование: 0,2 МОм = 200000 Ом,после чего можно приступать к решению: 400 В/200000 Ом=0,002 А (2 мА).
Вычисление напряжения
Для решения мы также воспользуемся законом, составленным Омом. Итак задача:

  • R=20 кОм;
  • I=10 мА.

Преобразуем исходные данные:

  • 20 кОм = 20000 Ом;
  • 10 мА=0,01 А.

Решение: 20000 Ом х 0,01 А = 200 В.

Незабываем преобразовывать значения, поскольку довольно часто ток может быть указан в миллиамперах.

Сопротивление

Несмотря на то, что общий вид способа для расчета параметра «R» напоминает нахождение значения «I», между этими вариантами существуют принципиальные различия. Если ток может меняться в зависимости от двух других параметров, то R (на практике) имеет постоянное значение. То есть по своей сути оно представляется в виде неизменной константы.

Если через два разных участка проходит одинаковый ток (I), в то время как приложенное напряжение (U) различается, то, опираясь на рассматриваемый нами закон, можно с уверенностью сказать, что там где низкое напряжение «R» будет наименьшим. Рассмотрим случай когда разные токи и одинаковое напряжение на несвязанных между собой участках. Согласно закону, составленному Омом, большая сила тока будет характерна небольшому параметру «R».

Рассмотрим несколько примеров

Допустим, имеется цепь, к которой подведено напряжение U=50 В, а потребляемый ток I=100 мА. Чтобы найти недостающий параметр, следует 50 В / 0,1 А (100 мА), в итоге решением будет – 500 Ом.

Вольтамперная характеристика позволяет наглядно продемонстрировать пропорциональную (линейную) зависимость закона. На рисунке ниже составлен график для участка с сопротивлением равным одному Ому (почти как математическое представление закона Ома).

Изображение вольт-амперной характеристики, где R=1 Ом


Изображение вольт-амперной характеристики

Вертикальная ось графика отображает ток I (A), горизонтальная – напряжение U(В). Сам график представлен в виде прямой линии, которая наглядно отображает зависимость от сопротивления, которое остается неизменным. Например, при 12 В и 12 А «R» будет равно одному Ому (12 В/12 А).

Обратите внимание, что на приведенной вольтамперной характеристике отображены только положительные значения. Это указывает, что цепь рассчитана на протекание тока в одном направлении. Там где допускается обратное направление, график будет продолжен на отрицательные значения.

Заметим, что оборудование, вольт-амперная характеристика которого отображена в виде прямой линии, именуется — линейным. Этот же термин используется для обозначения и других параметров.

Помимо линейного оборудования, есть различные приборы, параметр «R» которых может меняться в зависимости от силы тока или приложенного напряжения. В этом случая для расчета зависимости нельзя использовать закон Ома. Оборудование такого типа называется нелинейным, соответственно, его вольт-амперные характеристики не будут отображены в виде прямых линий.

Видео: Закон Ома для участка цепи — практика расчета цепей

Источники

  • https://poschitat.online/zakon-oma
  • https://tel-spb.ru/ohm/
  • https://radioprog.ru/post/920
  • https://elektroznatok.ru/info/teoriya/zakon-oma
  • https://www.asutpp.ru/zakon-oma-dlya-uchastka-cepi.html

Примеры проблем и подробные факты — Lambda Geeks

В этой статье мы обсудим различные методы расчета напряжения в параллельных цепях. Параллельное соединение делит цепь на ветви, чтобы ток распределялся по всем из них.

Параллельные цепи подчиняются закону сохранения энергии. Напряжение можно назвать электрической работой, совершаемой на единицу заряда. Электрические поля консервативны, что означает, что электрическая работа зависит только от начальной и конечной точек. Все ветви имеют общий начальный и конечный узел в параллельном соединении. Следовательно, напряжение равно.

Подробнее…..Функция параллельной цепи: Полная информация и ответы на часто задаваемые вопросы

Как рассчитать напряжение в параллельной цепи – численные примеры Параллельная цепь RLC; «Файл:Example9d.png» от 1sfoerster находится под лицензией CC BY-SA 3.0

Q1. Как показано на схеме, два резистора одинакового номинала соединены с источником напряжения параллельно. Приведены некоторые значения: i 1 = 3 А, эквивалентное сопротивление R eq = 15 Ом. Найдите напряжение источника В 9{-1} = \frac{R} {2} \Omega [/Latex]. Учитывая R / 2 = 15, Таким образом, значение каждого резистора = 15 × 2 = 30 Ом. Значение тока i 1 указано как 3 А.

Поскольку это параллельная цепь, напряжение на одной ветви будет таким же, как и на любой другой ветви, и это будет также напряжение питания. Следовательно, напряжение источника [Latex] V_{s} = ток\; в\; а\; филиал \раз соответствующий\; сопротивление \; значение = i_{1} \times R = 3 \times 30 = 90\; В [/латекс].

Q2. Параллельная сеть состоит из пяти резисторов R, 2R, 4R, 8R и 16R. Чистый ток в сети равен I. Найдите напряжение в ответвлении, содержащем резистор 4R. 9{-1} = \frac{16R} {31} \: \Omega [/Latex]

Полный ток в цепи дается как I Amp.

Следовательно, напряжение источника [Latex] V_{s} = I \times \frac{16R} {31} = \frac{16IR} {31}\; V [/Latex]

Мы знаем, что напряжение источника параллельной цепи такое же, как и напряжение в любой ветви цепи. Таким образом, напряжение в ответвлении, содержащем резистор 4R, равно 16IR/31 В.0005 Как найти полное напряжение в параллельной цепи?

В параллельной цепи общее напряжение совпадает с напряжением ветвей. {-1} [/Latex ] .

  • Умножить Req на общий ток.
  • Если указано только одно сопротивление и соответствующее значение тока, умножьте их, чтобы получить напряжение.

    Подробнее……Примеры параллельных цепей: полная информация и ответы на часто задаваемые вопросы

    Как найти отсутствующее напряжение в параллельной цепи?

    Под «отсутствующим напряжением» в параллельной цепи мы подразумеваем подаваемое напряжение, так как оно одинаково для всех ответвлений. Итак, имея какое-либо значение тока и сопротивления, мы можем узнать напряжение в параллельной цепи.

    Давайте разберемся с этим на примере. Предположим, есть два резистора на 2 Ом и 4 Ом, соединенные параллельно. Ток, проходящий через резистор сопротивлением 2 Ом, составляет 1,5 А. Нам известно напряжение питания V s = напряжение ответвления V 1 = напряжение ответвления V 2 . Следовательно, недостающее напряжение [Latex] V = iR = 2 \times 1,5 = 3 \times V [/Latex].

    Как найти напряжение источника в последовательно-параллельной цепи?

    По принципу параллельной цепи напряжение в каждой ветви одинаково и равно напряжению источника. Если напряжение источника Vs, а напряжения ветвей V 1 , V 2 ,….V n затем V s = V 1 = V 2 =….= V n .

    Если указано напряжение источника, у нас уже есть напряжения ветвей. Если напряжение источника неизвестно, а заданы значения тока, то можно узнать напряжение с помощью закона Ома. Например, если ток в ответвлении равен 5 А, а значение сопротивления равно 2 Ом, напряжение равно 5 × 2 = 10 В.

    Подробнее… Часто задаваемые вопросы

    Как найти приложенное напряжение в параллельной цепи?

    Приложенное напряжение в параллельной схеме относится к напряжению источника или напряжению батареи. Оно задано, или мы можем вычислить его с помощью другой предоставленной информации, такой как значения тока и сопротивления.

    Приложенное напряжение означает напряжение, подаваемое на элемент. В параллельной цепи приложенное напряжение равно полному напряжению. Так же, как и падения напряжения в отдельных ветвях цепи. Но если параллельная цепь не является единственной частью сети, то приложенное напряжение и напряжения ветвей не будут равны.

    Формула падения напряжения и пример расчета

    by Electrical4U

    Что такое падение напряжения?

    Падение напряжения – это уменьшение электрического потенциала на пути тока, протекающего в электрической цепи. Или, проще говоря, «падение напряжения». Падения напряжения возникают из-за внутреннего сопротивления источника, нежелательны пассивные элементы, по проводникам, по контактам, по соединителям, т. к. часть подводимой энергии рассеивается.

    Падение напряжения на электрической нагрузке пропорционально мощности, доступной для преобразования в этой нагрузке в другую полезную форму энергии. Падение напряжения рассчитывается по закону Ома.

    Падение напряжения в цепях постоянного тока

    В цепях постоянного тока причиной падения напряжения является сопротивление. Для понимания падения напряжения в цепи постоянного тока рассмотрим пример. Предположим, что цепь состоит из источника постоянного тока, двух последовательно соединенных резисторов и нагрузки.

    Здесь каждый элемент цепи будет иметь определенное сопротивление. Они получают и теряют энергию до некоторой величины. Но решающим фактором ценности энергии являются физические свойства элементов. Когда мы измеряем напряжение на источнике постоянного тока и первом резисторе, мы видим, что оно будет меньше напряжения питания.

    Мы можем рассчитать энергию, потребляемую каждым сопротивлением, измерив напряжение на отдельных резисторах. В то время как ток течет по проводу, начиная с источника постоянного тока и заканчивая первым резистором, некоторая энергия, отдаваемая источником, рассеивается из-за сопротивления проводника.

    Для проверки падения напряжения используются закон Ома и закон Кирхгофа, кратко изложенные ниже.
    Закон Ома представлен как

    В → падение напряжения (В)
    R → электрическое сопротивление (Ом)
    I → электрический ток (А)

    Для замкнутых цепей постоянного тока мы также используем закон Кирхгофа для расчета падения напряжения . Это выглядит следующим образом:
    Напряжение питания = Сумма падений напряжения на каждом компоненте цепи.

    Расчет падения напряжения в линии электропередачи постоянного тока

    Здесь мы берем в качестве примера линию электропередач длиной 100 футов. Итак, для 2 линий, 2 × 100 футов. Пусть электрическое сопротивление равно 1,02 Ом/1000 футов, а сила тока равна 10 А. будет вторая оппозиция для течения тока – Реактивность (X), которая состоит из X C и X L . И X, и R также будут противодействовать текущему потоку. Их сумма называется импедансом (Z).
    X C → Емкостное сопротивление
    X L → Индуктивное сопротивление

    Величина Z зависит от таких факторов, как магнитная проницаемость, электрические изолирующие элементы и частота переменного тока.
    Подобно закону Ома в цепях постоянного тока, здесь он представлен как

    E → Падение напряжения (В)
    Z → Электрический импеданс (Ом)
    I → Электрический ток (А)

    I B → Ток полной нагрузки ( A)
    R → Сопротивление жилы кабеля (Ом/1000 футов)
    L → Длина кабеля (одна сторона) (кфут)
    X → Индуктивное сопротивление (Ом/1000f)
    В n → Напряжение фаза-нейтраль
    U n → Напряжение фаза-фаза
    Φ → Фазный угол нагрузка

    Окружные милы и расчет падения напряжения

    Круговые милы на самом деле являются единицей площади. Он используется для обозначения круглой площади поперечного сечения провода или проводника. Падение напряжения в милах определяется как

    L → длина провода (футы)
    K → удельное сопротивление (Ω-круговые милы/фут).
    P → Фазовая постоянная = 2 для однофазного = 1,732 для трехфазного проводник) можно узнать следующим образом:

    f – коэффициент, который мы получаем из приведенной ниже стандартной таблицы.

    РАЗМЕР МЕДНОГО ПРОВОДА КОЭФФИЦИЕНТ, f
    AWG мм 2 SINGLE-PHASE THREE-PHASE
    14 2.08 0.476 0.42
    12 3.31 0.313 0.26
    10 5.26 0.196 0.17
    8 8.37 0.125 0.11
    6 13.3 0.0833 0.071
    4 21.2 0. 0538 0.046
    3   0.0431 0.038
    2 33.6 0.0323 0.028
    1 42.4 0.0323 0.028
    1/0 53.5 0.0269 0.023
    2/0 67.4 0.0222 0.020
    3/0 85.0 0.019 0.016
    4/0 107.2 0.0161 0.014
    250   0.0147 0.013
    300   0.0131 0.011
    350   0.0121 0.011
    400   0.0115 0.009
    500   0,0101 0,009

    Хотите учиться быстрее? 🎓

    Каждую неделю получайте электротехнические товары на свой почтовый ящик.
    Кредитная карта не требуется — это абсолютно бесплатно.

    О Electrical4U

    Electrical4U посвящен обучению и распространению всего, что связано с электротехникой и электроникой.

    электричество | Определение, факты и типы

    электрическая сила между двумя зарядами

    Смотреть все СМИ

    Ключевые люди:
    Томас Эдисон Рукс Эвелин Белл Кромптон Эдвард Уэстон Чарльз Фрэнсис Браш Флиминг Дженкин
    Связанные темы:
    биоэлектричество термоэлектричество электрический потенциал электролиз электрофорез

    Просмотреть весь связанный контент →

    Сводка

    Прочтите краткий обзор этой темы

    электричество , явление, связанное с неподвижными или движущимися электрическими зарядами. Электрический заряд является фундаментальным свойством материи и переносится элементарными частицами. В электричестве задействованной частицей является электрон, несущий заряд, условно обозначаемый как отрицательный. Таким образом, различные проявления электричества являются результатом накопления или движения множества электронов.

    Электростатика — это изучение электромагнитных явлений, происходящих при отсутствии движущихся зарядов, т. е. после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают своего положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов. И наоборот, по набору проводников с известными потенциалами можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников. Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этим набором зарядов. Наконец, энергию можно хранить в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, запасается в нем в виде электростатической энергии электрического поля.

    Изучите, что происходит с электронами двух нейтральных объектов, потертых друг о друга в сухой среде

    Просмотреть все видео к этой статье

    Статическое электричество — это известное электрическое явление, при котором заряженные частицы переходят от одного тела к другому. Например, если два предмета потереть друг о друга, особенно если эти предметы являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают равные и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения. Объект, потерявший электроны, становится положительно заряженным, а другой — отрицательно заряженным. Сила — это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы были описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона. Электрическая сила на заряде Q 1 при этих условиях, за счет заряда Q 2 на расстоянии r , дается законом Кулона,

    Жирные буквы в уравнении указывают на векторный характер силы, а единичный вектор — это вектор размера 1, который указывает от заряда Q 2 до заряда Q 1 . Константа пропорциональности k равна 10 −7 c 2 , где c — скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8,99 × 10 9 ньютон-квадратный метр на кулон в квадрате (Нм 2 /C 2 ). На рисунке 1 показано усилие на Q 1 из-за Q 2 . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. Оба Q 1 и Q 2 выбраны произвольно как положительные заряды, каждый с величиной 10 −6 кулон. Заряд Q 1 расположен по координатам x , y , z со значениями 0.03, 0, 0 соответственно, а Q 2 имеет координаты все. координаты даны в метрах. Таким образом, расстояние между Q 1 и Q 2 составляет 0,05 метра.

    Викторина «Британника»

    Наука: правда или вымысел?

    Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла.

    Величина силы F на заряде Q 1 , рассчитанная по уравнению (1), составляет 3,6 ньютона; его направление показано на рисунке 1. Сила, действующая на Q 2 со стороны Q 1 , равна − F , которая также имеет величину 3,6 ньютона; однако его направление противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее компоненты вдоль x и y осей, так как вектор силы лежит в плоскости x y . Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, а результаты показаны на рисунке 2. Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрического взаимодействия между покоящимися зарядами. Если бы заряды имели противоположные знаки, сила была бы притягивающей; притяжение будет указано в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора руб. Таким образом, электрическая сила, действующая на Q 1 , имела бы направление, противоположное единичному вектору , и указывала бы от Q 1 до 901 474 9,1 Q 5. В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков обеих составляющих силы x и y в уравнении (2).

    Как можно понять эту электрическую силу на Q 1 ? Принципиально сила обусловлена ​​наличием электрического поля в положении Q 1 . Поле вызвано вторым зарядом Q 2 и имеет величину, пропорциональную величине Q 2 . При взаимодействии с этим полем первый заряд, находящийся на некотором расстоянии, либо притягивается, либо отталкивается от второго заряда в зависимости от знака первого заряда.

    Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подписаться сейчас

    Формула падения напряжения

    — GeeksforGeeks

    Напряжение заставляет двигаться электрические заряды и измеряется в вольтах (v). Таким образом, Падение напряжения описывает, как энергия, подаваемая источником напряжения, уменьшается, когда электрический ток проходит через части электрической цепи, которые не генерируют напряжение. Поскольку энергия источника тратится впустую, падение напряжения на проводниках, разъемах и внутренних сопротивлениях источника нежелательно.

    Проще говоря, падение напряжения — это величина потери напряжения, происходящая во всей цепи или в ее части, поскольку импеданс известен как падение напряжения.

    Формула падения напряжения

    Формула падения напряжения может быть представлена ​​следующим образом:

    В = I×Z

    Где,

    • I = ток, измеряемый в амперах,
    • Z = измеряемый импеданс в омах.

    Падение напряжения также измеряется в вольтах.

    Примеры задач

    Задача 1. По замкнутой цепи с сопротивлением 20 Ом протекает ток силой 5 А. Вычислите падение напряжения в цепи.

    Ответ:

    Дано: здесь, мы имеем импеданс 9003

    • . = I×Z

      Подставляя значения тока (I) и импеданса (Z) в формулу падения напряжения,

      В = 5 × 20

      В = 100 В

      Таким образом, падение напряжения составляет 100 В

    Проблема 2: В замкнутой цепи есть резистор 50 Ом и ток 2А. Найдите падение напряжения при увеличении тока вдвое.

    Ответ:

    Дано: здесь, мы имеем

    I = 2 A

    В соответствии с условием, ток удвоен

    • I = 4 A
    • Z = 50 ω
    Таким образом, в соответствии с формулой падения напряжения

    V = I × z

    V = 4 × 50

    V = 200 В

    Таким образом цепи падение напряжения оказалось равным 100 В, а сопротивление составило 20 Ом. Найдите силу тока, протекающего по цепи в этот момент.

    Ответ:

    Дано: Здесь мы имеем

    • Падение напряжения = 100 В
    • z = 20 Ом

    Таким образом, перегружая формулу для падения напряжения,

    I = V / V 666666666666.

    Подставляя значение падения напряжения и импеданса,

    I = 100 В / 20 Ом

    I = 5 А

    Таким образом, ток, протекающий по цепи, равен 5 Ампер.

    Задача 4. В замкнутой цепи падение напряжения равно 150 В, а сила тока 7 А. Найдите импеданс.

    Ответ:

    Дано: здесь, мы имеем

    • Падение напряжения = 150 В
    • I = 7 A

    Таким образом, перегружая формулу для падения напряжения,

    Z = V / I 666666666.

    Заменить значение падения напряжения и тока

    z = 150 /7

    z = 21,43 ω

    Таким образом, предлагаемое нано было 21,43 Ом

    Проблема 5: в закрытой схеме с двумя противостояниями

    Проблем R1 и R2 соединены последовательно со значениями 15 Ом и 5 Ом соответственно, а ток равен 6 А. Найдите падение напряжения в цепи.

    Ответ:

    Дано: Здесь имеем

    Общее сопротивление в цепи равно R1 + R2 = (15 + 5) Ом = 20 Ом

    • I = 6 А
    • Z = 9

    Таким образом, согласно формуле падения напряжения,

    В = I × Z

    В = 6 × 20

    В = 120 В

    2

    Задача 6. В замкнутой цепи с двумя последовательно соединенными резисторами R1 и R2 со значениями 10 Ом и 2 Ом соответственно и падением напряжения 80 В. Найдите ток в цепи.

    Ответ:

    Дано: Здесь имеем

    Общее сопротивление в цепи равно R1 + R2 = (10 +2) Ом = 12 Ом

    • В = 80 В
    • Z = 9

    Таким образом, переставляя формулу для падения напряжения,

    I = V / Z

    Заменить значение падения напряжения и импеданса,

    I = 80 /12

    I = 6,67 A

    ток, протекающий по цепи, равен 6,6667 Ампер.

    Проблема 7: В замкнутой цепи с двумя резисторами R1 и R2, включенными параллельно, со значениями 8 Ом и 5 Ом соответственно и током 4А. Найдите падение напряжения в цепи.

    Ответ:

    Дано: Здесь имеем

    Общее сопротивление в цепи равно (1/R1 +1/R2) = (1/8 + 1/5) Ом = 0,325 Ом

    • I = 4 А
    • Z = 0,325 Ом

    Таким образом, согласно формуле падения напряжения,

    В = I × Z

    В = 4 × 0,325

    В = 1,3 В

    Таким образом, падение напряжения составляет 120 вольт.

    Формула падения напряжения

    Мы постоянно используем понятие падения напряжения в электрических и электронных системах. Хотя в электрических (и электронных) цепях термин «падение напряжения» обычно означает разность потенциалов между двумя точками, он также используется для определения потерь напряжения в проводнике. Мы узнаем больше о падении напряжения в контексте электрических цепей (цепи постоянного и переменного тока), а также в проводниках с током. Затем мы рассмотрим формулу падения напряжения, которая поможет вам определить потери энергии.

    Краткое описание

    Что такое падение напряжения?

    В электрических и электронных схемах мы всегда измеряем напряжение в двух точках, обычно на компоненте. Разница в напряжении в этих двух точках или на компоненте называется падением напряжения.

    Если вы помните закон Ома, напряжение на компоненте прямо пропорционально току, а константа пропорциональности — это сопротивление компонента. Это напряжение есть не что иное, как падение напряжения этого компонента.

    Падение напряжения на компоненте зависит от его сопротивления, то есть, если сопротивление высокое, падение напряжения также велико, а если сопротивление низкое, то падение напряжения также низкое.

    В то время как падение напряжения на компоненте или нагрузке определяет энергию, потребляемую этой нагрузкой, мы также должны учитывать токоведущие проводники или провода. В малых системах и цепях часто предполагают, что сопротивление ничтожно мало и вся энергия, подаваемая источником, потребляется нагрузкой.

    Это не относится к крупным энергосистемам, передающим напряжение на большие расстояния. Мы не можем игнорировать сопротивление проводника. Представьте, что в вашем саду работает большой двигатель, и вы используете длинный кабель от розетки до двигателя.

    При значительном падении напряжения в проводе не хватает сока для работы двигателя, в результате чего он может работать горячее, чем обычно. Мы также можем применить то же объяснение к другим мощным устройствам, таким как обогреватели, лампы и многое другое. Чрезмерное падение напряжения в проводнике может привести к мерцанию света и неправильному нагреву нагревателя.

    Что вызывает падение напряжения?

    Нулевое падение напряжения в проводниках практически невозможно, так как даже самые чистые проводники имеют небольшое сопротивление. Но каковы другие причины падения напряжения и как мы можем его уменьшить? Давайте посмотрим на это ответ.

    • Одной из основных причин падения напряжения является тип материала проводника. Медь и алюминий являются двумя лучшими электрическими проводниками в больших масштабах (золото и серебро используются в микромасштабах). Хотя оба они являются хорошими проводниками, медь немного лучше проводит электричество, чем алюминий. Таким образом, при одном и том же размере алюминиевый провод имеет более высокое падение напряжения, чем медный.
    • Далее идет диаметр проводника. Провода большего диаметра обычно имеют меньшее падение напряжения, чем проводники меньшего диаметра.
    • Критическим фактором, приводящим к падению напряжения, является длина проводника. Более длинные проводники имеют более высокое падение напряжения, чем короткие проводники, при условии, что оба проводника имеют одинаковый диаметр.
    • Температура также играет важную роль в падении напряжения. Повышение температуры приведет к увеличению сопротивления проводника. Из закона Ома мы знаем, что большое сопротивление означает большее падение напряжения.

    Уменьшение падения напряжения в проводниках очень важно, так как вы можете значительно сократить потери энергии, а также уменьшить свои счета за коммунальные услуги. Из приведенного выше обсуждения становится ясно, что существует несколько факторов, вызывающих падение напряжения в проводниках. Но вот еще несколько причин уменьшить падение напряжения.

    • Использование проводника большого диаметра для больших нагрузок приведет к падению напряжения. Несмотря на то, что большой проводник стоит дороже обычного, вы легко окупаетесь с точки зрения общего энергосбережения.
    • Вы можете повысить производительность таких устройств, как двигатели, нагреватели и освещение, с меньшим падением напряжения.
    • Будет очень легко диагностировать ошибки и неисправности в проводке, поскольку мы можем легко определить одну часть цепи, которая имеет значительно более высокое падение напряжения, чем остальная часть системы.

    Формула падения напряжения

    Понятно, что необходимо правильно определить падение напряжения на проводнике, чтобы выбрать провод правильного размера, диаметра, длины и допустимой нагрузки по току для правильной работы таких нагрузок, как освещение, двигатель, обогреватель. и т. д.

    Чтобы определить падение напряжения на проводнике, мы можем использовать следующие формулы падения напряжения. Обратите внимание, что существует отдельная формула падения напряжения для однофазных приложений, а также одна для трехфазных приложений.

    Однофазные приложения

    Формула падения напряжения для медного проводника в однофазных приложениях приведена ниже:

    В D = (2 x K x L x I) / см∙мил Падение напряжения

    K – Ом-смил на фут (удельное электрическое сопротивление проводника, которое является константой)

    L – длина проводника в футах

    Cmil – площадь проводника в милах окружности

    K в приведенном выше уравнении является константой называется электропроводностью проводника. Удельное электрическое сопротивление K можно рассчитать по формуле

    K = (электрическое сопротивление x площадь поперечного сечения) / продольная длина

    Для меди значение K составляет 12,9 Ом-смил/фут. в 75 o C, а для алюминия значение K составляет 21,2 Ом-смил/фут. at 75 o C.

    Трехфазные приложения

    Формула падения напряжения для трехфазных приложений очень похожа на формулу однофазного.

    В D = (1,73 x K x L x I) / см

    Все параметры такие же, как и раньше.

    Формула падения напряжения для цепей

    Формулы падения напряжения, которые мы видели ранее, предназначены для расчета падения напряжения в проводнике. Но что, если вы хотите рассчитать падение напряжения в цепи. У нас есть формулы и для них. Давайте теперь посмотрим формулы падения напряжения в цепях постоянного и переменного тока.

    В цепях постоянного тока

    Чтобы рассчитать падение напряжения на проводнике в небольшой цепи постоянного тока, вы можете просто использовать закон Ома.

    V = I x R

    Где V — падение напряжения

    I — сила тока в амперах

    R — электрическое сопротивление в Омах (Ом)

    В цепях переменного тока

    Расчет падения напряжения в цепях переменного тока немного отличается так как вам нужно учитывать реактивную часть проводника вместе с сопротивлением. Следовательно, вместо простого сопротивления мы используем импеданс в цепях переменного тока.

    Z = R + jX

    Где Z — импеданс

    R — сопротивление

    X — емкостное и индуктивное сопротивление

    Теперь падение напряжения в цепях переменного тока равно E = Z x I.

    Заключение

    Падение напряжения является важным расчетом в электрических и электронных системах, поскольку он определяет величину падения напряжения в проводнике, а не подается на нагрузку. Это падение напряжения в проводнике, по сути, является потраченной впустую энергией, за которую мы должны платить. Вы можете использовать формулу падения напряжения, чтобы определить падение напряжения в проводнике определенного диаметра, длины и материала.

    Ток и напряжение — AP Physics 1

    Все ресурсы AP Physics 1

    7 Диагностические тесты 170 практических тестов Вопрос дня Карточки Learn by Concept

    ← Предыдущая 1 2 3 Следующая →

    AP Physics 1 Справка » Электричество и волны » Электричество » Схемы » Ток и напряжение

    Рассмотрим следующую схему:

    Какой ток протекает через резистор R5?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Весь ток, протекающий по цепи, будет проходить через резистор R5, так как он ни с чем не параллелен. Чтобы найти ток, протекающий через цепь, нам нужно сначала найти полное эквивалентное сопротивление цепи.

    Для этого нам сначала нужно уплотнить R3 и R4. Они расположены последовательно, поэтому мы можем просто сложить их, чтобы получить:

    Теперь мы можем уплотнить R2 и R34. Они параллельны, поэтому мы будем использовать следующее уравнение:

    Эквивалентная схема теперь выглядит так:

    Поскольку все параллельно, мы можем просто сложить все:

    2 Теперь что у нас есть полное сопротивление цепи, мы можем использовать закон Ома, чтобы найти полный ток:

    Переставляя ток, мы получаем:

    Сообщить об ошибке

    Рассмотрим следующую схему:

    Если через R1 протекает ток 1,35 А, то какой ток протекает через R4?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Текущий закон Кирхгофа говорит нам, что такое же количество тока, которое входит в соединение после резистора R1, должно также выходить из соединения. Мы также знаем, что падение напряжения на каждом пути разветвления одинаково.

    Рассмотрим следующую схему для наглядности:

    Используя закон Ома для разложения напряжений, мы получаем:

    Теперь у нас есть два уравнения, которые мы можем решить одновременно: 906 805 3 3 3

  • Так как мы решаем для I3, давайте изменим первое уравнение для I2:

    Подставив это во второе уравнение, мы получим:

    Преобразование для решения для I3:

    У нас есть все необходимые значения, поэтому просто подключите заданные значения и решайте:

    Отчет о ошибке

    Рассмотрим следующую схему:

    Если 1,35 A течет через R1, каково падение напряжения на R2?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Текущий закон Кирхгофа говорит нам, что такая же величина тока, входящая в соединение после резистора R1, должна также выходить из соединения. Мы также знаем, что падение напряжения на каждом пути разветвления одинаково.

    Рассмотрим следующую схему для наглядности:

    Используя закон Ома для разложения напряжений, мы получаем:

    Теперь у нас есть два уравнения, которые мы можем решить одновременно: 906 805 3 3 3

  • Чтобы найти V2, нам нужно вычислить I2, поэтому давайте изменим первое уравнение для I3

    Подставив это во второе уравнение, мы получим:

    Перестановка для I2:

    У нас есть все необходимые значения, так что просто подставьте данные значения и решите: Найдите падение напряжения на этом резисторе:

    Сообщите об ошибке

    Рассмотрим следующую цепь:

    Насколько увеличивается ток, протекающий через цепь, когда ключ замкнут?

    Возможные ответы:

    Увеличение отсутствует; ток уменьшается при замыкании ключа

    Нет увеличения; ток остается неизменным при замыкании ключа

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Чтобы рассчитать ток, протекающий по цепи в каждом сценарии, нам нужно рассчитать эквивалентное сопротивление в каждом сценарии.

    СЦЕНАРИЙ 1: Переключатель разомкнут

    Когда переключатель разомкнут, все последовательно, поэтому мы можем просто сложить все сопротивления, чтобы найти общее эквивалентное сопротивление. Обратите внимание, что R2 будет исключен.

    Используя закон Ома, теперь мы можем рассчитать ток, протекающий по цепи:

    Перестановка тока:

    СЦЕНАРИЙ 2: Переключатель замкнут

    3 9 Схема выглядит так

    Поскольку у нас есть несколько резисторов, включенных параллельно, этот расчет потребует еще нескольких шагов.

    Сначала нам нужно уплотнить R3 и R4. Они расположены последовательно, поэтому мы можем просто сложить их, чтобы получить:

    Теперь мы можем сжать R2 и R34. Они параллельны, поэтому мы будем использовать следующее уравнение:

    Эквивалентная схема теперь выглядит так:

    Поскольку все последовательно, мы можем просто сложить все:

    Теперь, используя закон Ома, рассчитаем ток, протекающий по цепи: цепь:

    На сколько уменьшится ток в цепи, если убрать резистор R3?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Нас просят сравнить два разных сценария, каждый из которых включает расчет эквивалентного сопротивления, который будет использовать следующую формулу:

    Сценарий 1: При наличии R3

    Сейчас

    2

    Сценарий 2: без R30003

    Рассчитайте изменение тока:

    Отчет Ошибка

    Рассмотрим схему:

    Сколько тока проходит через R1?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Хотя эту задачу можно решить, рассчитав эквивалентное сопротивление, рассчитав общий ток в цепи, а затем используя правило Кирхгофа для определения тока через резистор R1, гораздо проще просто использовать правило Кирхгофа для контура. Это правило говорит о том, что в любом замкнутом контуре цепи все напряжения в сумме должны равняться нулю. Записано в виде уравнения:

    Если мы рассмотрим замкнутый контур, состоящий только из источника питания и R1, мы можем использовать закон Ома для расчета тока:

    Сообщить об ошибке

    Суммарный ток в цепи равен , а ток через резистор R2 равен . Каково значение R2?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Общий ток в цепи не нужен для решения этой проблемы. Нам нужно только знать ток через резистор, а также правило петли Кирхгофа. Правило контура гласит, что для любого замкнутого контура в цепи сумма напряжений равна нулю.

    Для этой задачи мы рассмотрим контур, состоящий исключительно из источника напряжения и R2. Из правила мы знаем, что через резистор теряется 12В. Используя закон Ома, мы можем написать:

    Переставляя для R2, ​​получаем:

    Сообщить об ошибке

    В этой схеме выше, и . Падение напряжения на нем составляет восемь вольт. Какова сила тока в цепи?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Падение напряжения связано с током и сопротивлением по закону Ома:

     

    Сообщить об ошибке

    Учащийся создал заданную электрическую схему. Он состоит из батареи, резистора и лампочки. За одну минуту через резистор проходит 1,2 C заряда. Какой заряд проходит через лампочку за одну минуту?

    Возможные ответы:

    Правильный ответ:

    Объяснение:

    Поскольку лампа и резистор соединены последовательно, ток в каждой из них одинаков.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.