10.S: Цепи постоянного тока (Резюме) — Physics LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

10301

• OpenStax
• OpenStax

Основные термины

Схема Система электропроводки

Амперметр	прибор для измерения тока
электродвижущая сила (ЭДС)	энергия, произведенная на единицу заряда, полученная от источника, производящего электрический ток
эквивалентное сопротивление	сопротивление комбинации резисторов; его можно рассматривать как сопротивление одного резистора, который может заменить комбинацию резисторов в последовательной и/или параллельной цепи
внутреннее сопротивление	величина сопротивления протеканию тока в источнике напряжения
соединительная линейка	сумма всех токов, входящих в соединение, должна равняться сумме всех токов, выходящих из соединения
Правила Кирхгофа	набор из двух правил, регулирующих ток и изменения потенциала в электрической цепи
правило цикла	алгебраическая сумма изменений потенциала вокруг любой замкнутой цепи (петли) должна быть равна нулю
разность потенциалов	разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи, измеренная в вольтах
падение потенциала	потеря потенциальной электрической энергии при протекании тока через резистор, провод или другой компонент
RC-цепь	, содержащая как резистор, так и конденсатор
опасность поражения электрическим током	опасность, при которой электрический ток проходит через человека
напряжение на клеммах	разность потенциалов, измеренная на клеммах источника при отсутствии нагрузки
термическая опасность	опасность, при которой чрезмерный электрический ток вызывает нежелательные тепловые эффекты
трехпроводная система	, используемая в настоящее время из соображений безопасности, с токоведущими, нейтральными и заземляющими проводами
Вольтметр	прибор для измерения напряжения

Ключевые уравнения 9{−\frac{t}{τ}}\)

Резюме

10.

2 Электродвижущая сила

• Все источники напряжения состоят из двух основных частей: источника электрической энергии, который имеет характеристическую электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление r. ЭДС — это работа, совершаемая на один заряд для поддержания постоянной разности потенциалов источника. ЭДС равна разности потенциалов на клеммах, когда ток не течет. Внутреннее сопротивление r источника напряжения влияет на выходное напряжение при протекании тока.
• Выходное напряжение устройства называется напряжением на его клеммах \(V_{клемма}\) и определяется выражением \(V_{клемма}=ε−Ir\), где I — электрический ток, положительный при протекании от положительный полюс источника напряжения, а r — внутреннее сопротивление.

10.3 Резисторы, включенные последовательно и параллельно

• Эквивалентное сопротивление электрической цепи с последовательно соединенными резисторами представляет собой сумму отдельных сопротивлений: 9NR_i\).
  • Через каждый резистор в последовательной цепи протекает одинаковый ток.
  • Падение потенциала или рассеиваемая мощность на каждом отдельном резисторе в серии различны, и их общая сумма представляет собой входную мощность источника питания.
  • Эквивалентное сопротивление электрической цепи с параллельно соединенными резисторами меньше наименьшего сопротивления любого из компонентов и может быть определено по формуле
  9{−1}\).
  • К каждому резистору в параллельной цепи приложено одинаковое полное напряжение источника.
  • Ток, протекающий через каждый резистор в параллельной цепи, различен в зависимости от сопротивления.
  • Если более сложное соединение резисторов представляет собой комбинацию последовательного и параллельного сопротивления, его можно свести к единому эквивалентному сопротивлению, обозначив различные его части как последовательные или параллельные, сведя каждую к эквиваленту и продолжая до тех пор, пока в конечном итоге не будет достигнуто единое сопротивление .

  10.4 Правила Кирхгофа

  • Правила Кирхгофа можно использовать для анализа любой схемы, простой или сложной. Более простые правила последовательного и параллельного соединения являются частными случаями правил Кирхгофа.
  • Первое правило Кирхгофа, также известное как правило соединения, применяется к заряду соединения. Ток — это поток заряда; таким образом, любой заряд, втекающий в соединение, должен вытекать наружу.
  • Второе правило Кирхгофа, также известное как правило контура, гласит, что падение напряжения на контуре равно нулю.
  • При расчете потенциала и тока по правилам Кирхгофа необходимо соблюдать ряд правил для определения правильных знаков различных членов.
  • Когда несколько источников напряжения соединены последовательно, их внутренние сопротивления складываются, а их ЭДС складываются, чтобы получить общие значения.
  • Когда несколько источников напряжения подключены параллельно, их внутренние сопротивления объединяются в эквивалентное сопротивление, которое меньше индивидуального сопротивления и обеспечивает более высокий ток, чем одиночный элемент.
  • Солнечные элементы могут быть подключены последовательно или параллельно для обеспечения повышенного напряжения или тока соответственно.

  10.5 Электрические измерительные приборы

  • Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Аналоговые счетчики основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговые показания тока или напряжения. Цифровые счетчики основаны на аналого-цифровых преобразователях и обеспечивают дискретное или цифровое измерение тока или напряжения.
  • Вольтметр размещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
  • Амперметр включен последовательно, чтобы получить полный ток, протекающий через ветвь, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
  • Стандартные вольтметры и амперметры изменяют цепь, к которой они подключены, и поэтому их точность ограничена.
  • Омметры используются для измерения сопротивления. Компонент, сопротивление которого должно быть измерено, должен быть изолирован (удален) от цепи.

  10.6 RC-цепи

  • RC-цепь состоит из резистора и конденсатора.
  • Постоянная времени \(τ\) для схемы RC равна \(τ=RC\).
  • Когда первоначально незаряженный (\(q=0\) при \(t=0\)) конденсатор, включенный последовательно с резистором, заряжается от источника постоянного напряжения, конденсатор асимптотически приближается к максимальному заряду.
  • По мере увеличения заряда конденсатора ток экспоненциально уменьшается от начального тока: \(I_0=ε/R\).
  • Если конденсатор с начальным зарядом Q разряжается через резистор, начиная с \(t=0\), то его заряд уменьшается экспоненциально. Ток течет в противоположном направлении, по сравнению с тем, когда он заряжается, и величина заряда уменьшается со временем.

  10.7 Бытовая электропроводка и электробезопасность

  • Существует два типа опасности поражения электрическим током: термическая (чрезмерная мощность) и ударная волна (ток через человека). Системы и устройства электробезопасности используются для предотвращения термических и ударных опасностей.
  • Тяжесть удара определяется током, путем, продолжительностью и частотой переменного тока.
  • Автоматические выключатели и плавкие предохранители прерывают чрезмерные токи для предотвращения тепловых опасностей.
  • Трехпроводная система защищает от опасностей перегрева и поражения электрическим током, используя провода под напряжением/нагревом, нейтраль и провод заземления, а также заземляя нейтральный провод и корпус устройства.
  • Прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI) предотвращает поражение электрическим током, обнаруживая потерю тока в непреднамеренных путях.

  Авторы и авторство

  Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойолы Мэримаунт) и Билл Моебс со многими сотрудничающими авторами. Эта работа находится под лицензией OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

  ---

  Эта страница под названием 10.S: Direct-Current Circuits (Summary) распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами LibreTexts. Платформа; подробная история редактирования доступна по запросу.

  1. Наверх
  • Была ли эта статья полезной?

  1. Тип изделия

     Раздел или Страница

     Автор

     ОпенСтакс

     Лицензия

     СС BY

     Версия лицензии

     4,0

     Программа OER или Publisher

     ОпенСтакс

     Показать оглавление

     нет

  2. Теги

     1. source@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-2

  Энергия в цепях постоянного тока

  Энергия в цепях постоянного тока
  Далее: Мощность и внутреннее сопротивление Вверх: Электрический ток Предыдущая статья: Конденсаторы в цепях постоянного тока Рассмотрим простую схему, в которой батарея напряжения управляет ток через резистор сопротивления . Как мы видели, аккумулятор непрерывно совершает работу за счет повышения потенциалов зарядов, которые втекают в его отрицательный полюс, а затем вытекают из его положительный терминал. Какую работу совершает батарея в единицу времени? Другими словами, какова выходная мощность батареи?

  Рассмотрим (положительный) заряд, протекающий через батарею от отрицательного клемму к положительной клемме. Батарея повышает потенциал зарядка, поэтому работа, которую батарея выполняет при зарядке, равна . Общее количество заряда, протекающего через аккумулятор в единицу времени, равно по определению равен току, протекающему через батарею. Таким образом количество работы, которую батарея совершает в единицу времени, является просто произведением работа, совершаемая на единицу заряд, , и заряд, проходящий через батарею на единицу время, . Другими словами,
  

  (141)

  
  где , разумеется, обозначает выходную мощность аккумулятора. Таким образом, правило

  Мощность в цепи постоянного тока является произведением напряжения и тока .

  Это правило касается не только аккумуляторов. Если ток течет через некоторый компонент цепи постоянного тока, который имеет падение потенциала в направление тока, то этот компонент получает энергии в единицу времени за счет остальной схемы, а и наоборот . Кстати, поскольку единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), отсюда следует, что
  

  (142)

  
  

  Рассмотрим резистор, по которому течет ток. По словам Ома по закону падение потенциала на резисторе равно . Таким образом энергия, получаемая резистором в единицу времени, равна
  

  (143)

  
  В какой форме резистор приобретает эту энергию? Оказывается, что энергия рассеивается в виде тепла внутри резистора. Этот эффект известен как джоулевый нагрев . Таким образом, приведенная выше формула дает электрическую мощность нагрева резистора. Электрическая энергия преобразуется в тепло ( т.е. , случайное движение атомов, составляющих резистор) поскольку электрически ускоренные свободные электроны внутри резистора сталкиваются с атомами и, тем самым передать всю свою кинетическую энергию атомам. Это это энергия, которая проявляется как тепло в макроскопическом масштабе (см. раздел 7.3).

  Бытовые счета за электроэнергию зависят от энергия рассматриваемое домохозяйство использует в течение данного отчетного периода, поскольку потребление энергии определяет, сколько угля или газа было сожжено на от имени домохозяйства на местной электростанции в этот период.