Напряжение, мощность и 📙 сопротивление в электрической цепи

1. Напряжение электрических цепей
2. Мощность электрических цепей
3. Сопротивление электрических цепей

Электрическая цепь – это комплекс устройств, соединенных проводами с целью передачи, распределения и сохранения электроэнергии. Основными параметрами электроцепей есть сила тока и напряжение. Электрическая схема – это графическое изображение электроцепи при помощи соответствующих обозначений.

Для начала стоит обозначить, чем является электрический ток. Электрически током есть упорядоченное перемещение заряженных частиц в проводнике. Для того, чтобы заряженные частички начали двигаться, создается электрическое поле, которое определенным образом приводит их в движение. При этом появление заряженных частиц возможно при тесном контакте двух разных веществ. В отдельных веществах заряды свободно перемещаются по их объему, в других – вовсе неподвижны. Вещества, в которых заряды свободно движутся, – это проводники, а те, в которых заряды не перемещаются – изоляторы или диэлектрики.

Такая классификация считается условной, так как способность проводить электрические заряды различным веществам свойственна в разной мере, то есть они обладают различным сопротивлением прохождению электрических частичек.

Электрический ток характеризует сила тока, которая равна количеству заряженных частиц, перемещающемуся за единицу времени через поперечное сечение вещества:

\(i={dq\over dt},\)

где \(dq\) – количество заряда;

       \(dt\) – время.

Электрические заряды бывают положительные и отрицательные. Если наэлектризовать какое-либо тело, ток в нем будет протекать некоторое время, пока заряд не угаснет сам собой. Для обеспечения его длительного существования необходимо действие электрического поля, то есть разности потенциалов.

Такое поле может быть сформировано источником электрического тока.

Самый простой пример протекания электрического тока – это соединение заряженного тела при помощи проводника с землей.

Основными величинам, характеризующими электрический ток, считаются сила тока, напряжение и сопротивление. Они взаимосвязаны между собой и характеризуют основные процессы, протекающие в электроцепях.

Напряжение является одним из главных параметров, описывающих электрический ток. Электрический ток в физическом смысле – это упорядоченное перемещение электронов. Электрическое поле, которое формирует данное перемещение, выполняет для этого определенную работу. Работа электрического поля будет тем больше, чем большее количество заряда перемещается в единицу времени.

Напряжение является важнейшим фактором воздействия на работу электрического поля, и показывает отношение величины данной работы к количеству заряда, проходящего через определенный участок цепи. Работа электрического тока измеряется в Джоулях (Дж), а заряд – в Кулонах (Кл). Соответственно, напряжение измеряется в Дж/Кл, что является Вольтом (В).

Для появления напряжения необходим источник тока. Если цепь находится в разомкнутом положении, то напряжение есть лишь на клеммах источника. При включении источника в цепь, напряжение и ток появляется на ее участках.

Измеряют напряжение прибором, именуемым вольтметр, подключая его параллельно к участку цепи, на котором необходимо его измерить.

Электрический потенциал приравнивается к отношению работы электрического поля к единичному заряду. То есть, такому заряду, который при попадании в электрическое поле, не искажает его. Таким образом:

\(dф = {dЭ \over dq_0}={Э \over q_0},\)

где \(ф\) – электрический потенциал;

       \(Э\) – работа электрического поля;

       \(q_0\) – единичный заряд.

Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Если мы обозначим данные точки 1 и 2, то напряжение между ними будет равняться:

\(U_{1-2} = ф_1-ф_2={dЭ_1 \over dq_0 }-{dЭ_2 \over dq_0}={dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

\(U_{1-2} = {dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

\(U_{2-1} =- {dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

То есть, напряжение – это работа электрополя по передвижению единичного заряда между двумя точками. В пассивных элементах электроцепей направления напряжения и тока одинаковы.

Мощность является еще одним параметром, описывающим поведение заряженных частиц. Мощностью является количество работы, совершаемой в единицу времени.>

Мощность электрического поля характеризует скорость его работы и равняется произведению силы тока и напряжения:

\(P=IU,\)

где \(P\) – мощность электротока;

       \(I\) – сила тока;

       \(U\) – напряжение.

Физически мощность показывает интенсивность передачи электрической энергии. Для измерения значения мощности используют ваттмеры. Мощность равняется количеству работы на перемещение электрических зарядов, совершенной за единицу времени:

\(P= {A \over δt},\)

где \(A\) – работа;

      \(δt\) – время совершения работы.

Мощность работы различных приборов зависит от силы тока и напряжения, при котором они работают. Чем выше эти параметры, тем выше мощность.

Электрическая мощность бывает активной и реактивной. Активная мощность превращается в механическую, тепловую, световую и иные виды энергии.

Реактивной мощностью является степень электрической нагрузки на индуктивные и емкостные элементы, что вызывается колебательным характером энергии электромагнитного поля.

Электрическое сопротивление определяет силу тока, протекающего при определенном напряжении цепи. Электрическим сопротивлением элемента является отношение напряжения на элементе, к силе тока, что по нему протекает:

\(R= {U \over I},\)

где \(R\) – сопротивление элемента цепи;

      \(U\) – напряжение;

       \(I\) – сила тока.

Для вычисления напряжения и тока элементов цепи необходимо знать их сопротивления. Источники питания бывают двух видов: источники постоянного тока (батарейки, аккумуляторы и прочее) и источники переменного тока (генераторы и прочие). В первых электродвижущая сила есть величиной постоянной, а во вторых – меняющейся по закону синуса с соответствующей частотой.

Различают активное и реактивное сопротивление. Активное не зависимо от частоты изменения ЭДС, что означает для сетей переменного тока, что сила тока на таком сопротивлении меняется синхронно напряжению.

А реактивное сопротивление присуще для емкостных и индуктивных элементов цепи.

Для реактивной нагрузки характерно отставание либо опережение тока от напряжения. В емкостном элементе ток опережает напряжение, а в индуктивном – отстает от него.

Для примера можно привести разряженный конденсатор, в котором в момент подключения к постоянному току наблюдается максимальное значение тока при минимальной величине напряжения. Постепенно при его зарядке ток уменьшается, а напряжение растет до полной зарядки. При этом, подключив его к переменному току, конденсатор будет постоянно перезаряжаться с частотой сети, и будет наблюдаться увеличение тока раньше, чем напряжения.

«Почему, чем выше напряжение, тем меньше ток? » — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

Такой вопрос у меня возник при изучении ТОЭ. Ведь по закону Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. I=U/R. Вот например, есть лампа (HL) и источник напряжения GB1 — GB3 — батарейки, S1 — выключатель.

Яркость лампочки будет зависеть от силы тока, чем она больше, тем ярче горит лампочка. А теперь, вместо одной батарейки мы вставили перемычку, уменьшив тем самым напряжение. Светимость лампы уменьшится. В итоге, чем меньше напряжение, тем меньше сила тока. Это соответствует закону Ома. Однако первое утверждение опровергает закон Ома. Хотелось бы увидеть четкое простое и наглядное объяснение по поводу того, как увеличить напряжение и при этом уменьшить ток! Или же следует учитывать другие параметры, такие как индуктивность, сечение, мощность и т.п.? (тогда хотелось бы также увидеть наглядный рисунок).

Будет интересно увидеть, почитать ваши рассуждения, ответы. Четкого, внятного ответа я не нашел.

ФизикаНаукаЭлектроника

Андрей Денисов

28 мая 2022  ·

2,8 K

ОтветитьУточнить

Valery Timin

Физика

277

физика математика  · 29 мая 2022

Вы правильно думаете: 

«по закону Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. I=U/R. «

Надо понимать, что это уравнение может быть применено либо к полной цепи — в Вашем случае, либо к участку цепи — это почти всегда. Даже в Вашем случае можно считать к случаю «участок цепи», если учесть внутреннее сопротивление батареек — от 0.3 до 1-2 Ом. Автомобильный аккумулятор вообще 0,01 Ом. Это первое. 

Второе. При параллельном включении одинаковых батареек общее напряжение не зависит от их количества. Но внутреннее (общее!!! или эквивалентное) сопротивление батареек обратно пропорционально их количеству. Поэтому при учете внутреннего сопротивления батареек при удалении одной ток чуть-чуть уменьшится. Но НИКОГДА НЕ ЗАКОРАЧИВАЙ БАТАРЕЙКИ! (и НЕ СТАВЬТЕ ПЕРЕМЫЧКУ ВМЕСТО БАТАРЕЙКИ — как у Вас написано: похоже, Вы и не ставили. Батарейки (все!) сдохнут через минуту или даже взорвутся!). Это то же самое, что и закорачивание фазы и нуля в розетке!  (в детстве пробовал — так что можешь поверить). Формула для тока в Вашей цепи:

I = U/(R+Rвн/N), 

где N — колич. батареек, 

Rвн — внутр.сопр.батарейки, которое зависит от степени ее зарядки. У поработавшей батареки внутреннее сопротивление увеличивается, поэтому ток (общий! см. формулу) уменьшается, а не потому, что напряжение батарейки уменьшается. У разряженной батарейки внутреннее сопротивление очень большое! А напряжение можешь проверить вольтметром — эксперимент достаточно интересный. И для некоторых очень неожиданный.

Третье — по загловку. Вашего вопроса: почему, чем выше напряжение, тем меньше ток? Это чушь. Так не бывает. А когда такое бывает — где-то в ответах уже есть намек на некоторые специфические особенности использования электричества от генераторов переменного тока с конечной мощностью.

Комментировать ответ…Комментировать…

Александр Наумов

Физика

359

Инженер. Электроника, программирование.  · 29 мая 2022

«Чем выше напряжение, тем меньше ток» — из вопроса, строго говоря, не понятно о какой ситуации идет речь. Ничего не проясняет и схема с закорачиванием батарейки. Однако можно предположить, что автора интересует вопрос в контексте тока потребления современных бытовых и  прочих приборов, имеющих в своем составе стабилизаторы вторичных напряжений и/или токов. Например… Читать далее

Андрей Денисов

30 мая 2022

Благодарю за ответ! Именно так я и подразумевал вопрос. Ибо сейчас получаю высшее по автоматизации, имея уже… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

N & O

Физика

1,8 K

Астрономия физика космология квантовая механика   · 6 июл 2022

Когда вы меняете количество элементов в источнике питания вы тем самым меняете  ЭДС и внутреннее сопротивление источника питания. А применяете при этом ошибочно закон Ома для участка цепи. I=U/R. Он справедлив только на участке спирали лампочки. Для такого случая есть закон Ома для полной (замкнутой) цепи. I=З/(R+r) Принцип «выше напряжение меньше ток» применяется при… Читать далее

Евгений Лохматов

11 февраля

Я о другом.,при увеличении напряжения что происходит с электронами., их количество увеличивается или их скорость? 

Комментировать ответ…Комментировать…

Akilya Galimova

Технологии

66

Преподаватель технического университета, кандидат технических наук, проектировщик в…  · 30 мая 2022

Если привести в Вашем вопросе схему и тестовую часть в соответствие с друг с другом (батарейки нужно включить в цепь последовательно, тогда и можно утверждать, что при закорачивании одной из батареек, напряжение снизиться), то можно ответить на вопрос. Световой поток зависит не только от тока, но и от напряжения. Если напряжение снизить, то световой поток тоже… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Юрий Шимановский

3,4 K

🍀 Естествоиспытатель   · 28 мая 2022  · shymanovsky. mooo.com

А откуда взялось первое утверждение? Если говорить о цепи постоянного тока (как на картинке) то такого не будет. Во первых, напряжение не изменится при если мы вынули одну батарейку при параллельном включении. Хотя возрастет сопротивление цепи, поскольку батарейки обладают сопротивлением. См. формулу расчета сопротивления для параллельного включения резисторов. То есть… Читать далее

1 эксперт согласен

Андрей Денисов

28 мая 2022

Юрий благодарю за ответ. Пожалуй пример схемы не лучший взят. Но подразумевается, что источник имел в начале… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Владимир Яшагин

232

Инженер путей сообщения электромеханик. Электро и теплоэнергетика ,электрические машины. э…  · 29 мая 2022

Хороший вопрос. Первое утверждение не опровергает закон Ома , так как относится к другой области  электротехники . Закон Ома пока не зыблем до сверх проводимости и не о том речь. Речь идёт о трансформаторе, Силовой трансформатор   является одним из важнейших элементов каждой  электрической сети. Передача эл. энергии на большие расстояния от места  её производства до… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Владимир

23

Системы автоматики промышленных объектов, электроника, электрика, радиолюбительство. ПОЛЕЗ…  · 9 окт 2022

Проще и нагляднее быть не может, Вы сами ответили на свой же вопрос.  Убрать батарейку, увеличив при этом силу тока?  Вы не первый, я вот мечтаю обойтись совсем без батареек.  Использовать солнечные батареи и силу ветра, и даже падающую с неба воду не есть выход.  Нобелевская Премия у Вас в кармане, как и у многих, желающих изобрести вечный двигатель.  Не хочу… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Проблема?

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Отрывные мужские заголовки — прямой угол

В наличии ПРТ-00553

5

Избранное Любимый 47

Список желаний

Последовательная флэш-память — W25Q32FV (32 МБ, 104 МГц, SOIC-8)

В наличии COM-15809

Избранное Любимый 4

Список желаний

МИКРОЭ Двигатель постоянного тока 19Нажмите

Нет в наличии РОБ-19123

11,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Антенна SparkFun — SMA, 2 дБи (433 МГц)

В наличии WRL-20856

Избранное Любимый 0

Список желаний

GPS-RTK, Вниз по реке

18 августа 2020 г.

Мы тестируем наши новые GPS-RTK навигационные доски, отправляя их по течению!

Избранное Любимый 1

Объявляем Dumpster Dive 2022!

16 августа 2022 г.

После годичного перерыва Dumpster Dump возвращается!

Избранное Любимый 1

Инфракрасный массив Qwiic GRID-Eye (AMG88xx) Руководство по подключению

3 мая 2018 г.

Массив термобатарей Panasonic GRID-Eye (AMG88xx) 8×8 служит функциональной инфракрасной камерой низкого разрешения. Это означает, что у вас есть квадратный массив из 64 пикселей, каждый из которых может независимо определять температуру. Это как тепловизионная камера (или зрение Хищника), только в очень низком разрешении.

Избранное Любимый 0

• Электроника SparkFun®
• 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
• Настольный сайт

• Ваш счет
• Авторизоваться
• регистр

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Четыре-о-четыре

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Ленточный обжимной соединитель — 6-контактный (2×3, гнездо)

В наличии ПРТ-10651

Избранное Любимый 13

Список желаний

SparkFun RedBoard Qwiic

В наличии DEV-15123

21,50 $

14

Избранное Любимый 50

Список желаний

SparkFun GPS Breakout — чип-антенна, SAM-M8Q (Qwiic)

В наличии GPS-15210

42,95 $

4

Избранное Любимый 17

Список желаний

Гибридный стол для Shapeoko 4 — XXL

В наличии ПРТ-19749

400,00 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Enginursday: Обновление ESP32 через BLE

2 июля 2020 г.