Site Loader

Содержание

Электрическое сопротивление участка цепи

Электрическое сопротивление для участка цепи определяется при помощи закона Ома. Для того, чтобы понять процессы, происходящие в элементах электрической цепи постоянного тока, необходимо дать общее определение закона Ома.

Закон Ома

Сила тока на участке цепи всегда прямо пропорциональна напряжению на данном участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Подобное определение будет верно также для растворов электролитов. Общий закон Ома характерен при описании однородного участка цепи, который не содержит источников тока.

При составлении формул вводятся дополнительные характеристики. Среди них коэффициент пропорциональности. Его записывают в виде $1=R$. Отсюда следует, что $I = \frac{U}{R}$.

$R$ – сопротивление проводника.

Сопротивление принято измерять в омах (Ом).

Закон Ома является главным законом в электротехнике. С помощью его:

  • изучаются и рассчитываются электрические цепи;
  • устанавливается логическое соотношение между сопротивлением и напряжением.

Определение 1

Вольтамперная характеристика – функциональная зависимость элемента участка цепи. Она является очень важной величиной электрических свойств элемента. Такую зависимость можно представить в виде $I = I(U)$.

Подобные характеристики в зависимости от ситуации могут приобретать различные формы и выражения. Наиболее простой вид вольтамперной характеристики выразил в формуле Георг Ом, в честь которого была названа единица сопротивления тока. Ученый подтвердил свою теорию многочисленными экспериментами, применяя опыты к металлическому проводнику.

Закон Ома необходимо понимать на теоретическом и практическом уровне, чтобы решать различные задачи. Если неправильно применять основные параметры закона, то результат приобретает неправильные черты, поэтому допускаются многочисленные ошибки.

Готовые работы на аналогичную тему

Применение закона Ома для участка цепи

Каждый участок электрической цепи можно описать с помощью трех основных величин:

  • сопротивления;
  • напряжения;
  • тока.

Такое сочетание также называют «треугольником Ома», поскольку величины характеризуют все процессы электротехники.

Все производимые расчеты имеют смысл только в тех случаях, когда напряжение на участке цепи выражается в вольтах (В), сопротивление — в омах (Ом), а ток – в амперах (А). При использовании иных единиц измерений или их кратных значений необходимо осуществлять дополнительный ряд действий, чтобы искомый результат полностью соответствовал задачам и целям расчетов. Для этого кратные единицы используемых величин переводят в традиционные величины.

Кратные единицы измерений:

  • милливольты;
  • миллиамперы;
  • мегаомы.

При произведении расчетов в кратных единицах измерений величин напряжение всегда выражается в вольтах.

Для расчета сопротивления на участке цепи по закону Ома необходимо сначала определить ток на заданном участке цепи. Напряжение при этом делят на сопротивление конкретного участка цепи. Эти действия можно производить на любом участке без погрешности.

Для определения напряжения в цепи используют формулу $U = IR$.

Согласно указанной формуле, напряжение на обоих концах участка электрической цепи прямо пропорционально сопротивлению и току. Иными словами, если не стремиться все время изменять сопротивление на данном участке, то при увеличении тока применяется способ увеличения напряжения.

Значительному напряжению в цепи будет соответствовать больший ток. Эти правила действуют при постоянном сопротивлении. Для получении одинакового тока при различных сопротивлениях большее напряжение должно соответствовать большему сопротивлению.

Падение напряжения – это напряжение на определенном участке цепи. Это означает, что напряжение и падение напряжения – идентичные понятия, а слово «падение» никак не связано с потерей некоторого количества напряжения в цепи. Потерю напряжения следует различать от падения напряжения.

Расчет сопротивления

Сопротивление на участке цепи рассчитывается по классической формуле $R = \frac{U}{I}$. Для этого необходимо установить значения напряжения и тока. Сопротивление – отношение напряжения к току.

При многократном увеличении или уменьшении напряжения ток также изменяется в несколько раз в ту или иную сторону. Отношение напряжения к току, которое равно сопротивлению, всегда остается на неизменном уровне.

Сопротивление определенного проводника не зависит от напряжения и тока. Оно будет лежать в зависимости от материала проводника, его длины и площади сечения. Формула для расчета сопротивления на участке цепи очень похожа на формулу для определения тока, однако существует между ними принципиальное различие.

Оно состоит в том, что ток на конкретном участке цепи зависит от напряжения и сопротивления, поэтому изменяется таким же образом. Сопротивление на данном участке цепи – постоянная величина. Она не зависит от изменения значений тока и напряжения, однако равно отношению этих величин.

Вольтамперная характеристика

Закон Ома представляют в виде вольтамперной характеристики. Зависимость между двумя пропорциональными величинами выражается прямой линией на графике. Она проходит через начало координат. Подобную прямую пропорциональную зависимость величин также называют линейной зависимостью.

В графическом выражении закона Ома для участка цепи при отрицательных значениях напряжения и тока также рисуют прямую линию. Это означает, что ток в цепи проходит в разных направлениях одинаково. При большем сопротивлении меньшее значение имеет ток с таким же напряжением.

Вольтамперную характеристику составляют при помощи специальных приборов. Линейными называют такие приборы, у которых характеристика выражается прямой линией, и она проходит через начало координат.

Специалисты при составлении вольтамперной характеристики применяют также понятия линейные сопротивления и линейные цепи.

Определение 2

Нелинейными называют приборы, у которых сопротивление меняется при изменении тока или напряжения. Для таких случаев уже не действует закон Ома.

Закон Ома для участка цепи

Пожалуй, закон Ома для участка цепи является основой электротехники и электроники. Любое Пособие по физике для поступающих в вузы описывает Закон Ома и любой инженер должен его знать. Этот закон настолько прост, что его, по идее, должен знать и понимать каждый школьник. Однако я встречал людей с высшим техническим образованием, которые не знали как рассчитать простейшую электрическую цепь из двух резисторов. И это не шутка. Именно поэтому я решил написать небольшую статью, посвящённую Закону Ома для участка цепи. Постараюсь сделать это понятными словами.

Закон Ома для участка цепи определяет зависимость между силой тока в проводнике и напряжением (разностью потенциалов) между двумя точками этого проводника. Эти точки ещё называют сечениями. Почему? Проводник, каким бы он ни был (круглым, квадратным или любой другой формы) можно мысленно рассечь (см. рис. 1). Это и будет сечение. А ещё есть понятие площадь поперечного сечения (обычно, когда говорят «сечение» по отношению к проводнику, то как раз и подразумевают площадь поперечного сечения, но это уже другая тема).

Рис. 1. Сечение проводника.

В 1826 г. немецким учёным Георгом Омом (1787-1854) было замечено, что отношение разности потенциалов (напряжения) на концах металлического проводника к силе тока является величиной постоянной, то есть:

U/I = R = const
Эта величина зависит от геометрических свойств проводника (то есть от его размеров, в частности, от площади поперечного сечения), а также от его электрических свойств и температуры. Эта величина называется омическим (активным) сопротивлением, или просто сопротивлением.

Определение закона Ома для участка цепи следующее

Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка
:
I = U/R
Где
U – напряжение на данном участке цепи
R – сопротивление данного участка цепи
Сопротивление проводника – это основная электрическая характеристика проводника. Эта характеристика определяет упорядоченное перемещение носителей тока в этом проводнике (или на участке цепи).

Единица измерения омического сопротивления в СИ – ом (Ом). Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при силе тока в этом проводнике 1 А разность потенциалов (напряжение) на его концах равна 1 В, то есть

 
1 Ом = 1 В / 1 А
Иными словами, если взять проводник, по которому течёт ток силой 1 А, отмерить отрезок этого проводника таким образом, чтобы напряжение на концах этого отрезка было равно 1 В, то сопротивление этого отрезка будет 1 Ом (рис. 2).

Рис. 2. Сопротивление проводника.

Как говаривал один известный товарищ – теория без практики мертва. Надеюсь, что всё прочитанное выше вы поняли. Но остался один вопрос – зачем это надо? Где можно применить полученные знания на практике? Приведу два простых примера, которые, однако, используются очень часто в электронике.

Делитель напряжения

Довольно часто приходится сталкиваться с необходимостью понизить напряжение, например, с 12 до 3 вольт. Сделать это можно с помощью двух резисторов (см. рис. 3). Если вы не знаете, что такое резисторы, то советую ознакомиться со статьёй РЕЗИСТОРЫ. Ну а если знаете, то дальше можете прочитать о том, как это сделать.

Задача, в общем-то, не сложная. Требуется подобрать два резистора таким образом, чтобы падение напряжения на одном из них составляло 3 вольта, а на втором – (12 – 3) = 9 вольт (для нашего примера). Кроме того, необходимо знать ток, который должен протекать в цепи. Допустим, что в нашем случае ток должен быть равен 50 мА (0,05 А). Тогда, используя закон Ома для участка цепи, вычислим полное сопротивление цепи, то есть общее сопротивление резисторов R1 и R2:

R = U/I = 12 В / 0,05 А = 240 Ом
Напомню, что все единицы измерения должны соответствовать принятым в СИ, то есть напряжение измеряется в ВОЛЬТАХ, ток – в АМПЕРАХ, а сопротивление – в ОМАХ.

Поскольку на любом участке цепи из последовательно включенных элементов ток одинаков, то вычислить сопротивление резисторов R2 и R1 не составит труда:

R1 = U1 / I = 9 / 0,05 = 180 Ом
R2 = U2 / I = 3 / 0,05 = 60 Ом
Ну вот и всё. Задача решена. Однако использовать такой делитель нужно с умом. Ведь любая нагрузка имеет своё сопротивление, которое называется входным сопротивлением. Это значит, что, подключив нагрузку к выходу делителя, мы тем самым уменьшим сопротивление цепи, а это, в свою очередь, увеличит ток в цепи и падение напряжения на резисторе R1 увеличится, а на нагрузке, соответственно, уменьшится. Что из этого следует? А следует из этого тот печальный факт, что сколь-нибудь мощную нагрузку подключать к выходу делителя нецелесообразно. Поэтому такие делители используются в основном, в электронных схемах, где протекают относительно небольшие токи.

Если интересно, то вы можете немного поэкспериментировать с делителем напряжения при помощи представленного ниже флэш-ролика (рис. 3). Для изменения входного напряжения и сопротивления резисторов воспользуйтесь соответственными «ползунками» или непосредственно введите данные в поля жёлтого цвета. Если флэш-ролик не отображается или не работает, то вам придётся настроить (или заменить) ваш браузер и/или установить (обновить) флэш-плеер.

Рис. 3. Делитель напряжения.

Как зажечь (но не сжечь) светодиод?

Светодиоды в наше время применяются очень широко – от простых устройств индикации до автомобильных фонарей и светофоров. Возможно, у вас возникала мысль поменять лампочки в автомобиле на светодиоды. Как бывалый автомобилист я вам этого делать не советую – возни много, а смысла мало. А вот как электронщик – помогу разобраться в премудростях включения светодиодов в электрическую цепь. Дело это несложное, но многие просто понятия не имеют, что и здесь нужно всё делать «по науке». А потом говорят, что светодиоды – вещь ненадёжная, хотя, как правило, выходят из строя светодиоды при правильной эксплуатации очень и очень редко. А вот при неправильной – ещё как. При желании сжечь светодиод можно моментально.

Надо сказать, что сейчас в магазинах довольно много разных «мигающих» и прочих светодиодов, которые на самом деле являются электронными устройствами, встроенными в корпус светодиодов. Такие устройства можно подключать непосредственно к источнику питания, без гасящего резистора. Однако мы здесь будем говорить об обычных светодиодах.

Схема включения светодиода показана на рис. 4. При включении светодиода в цепь постоянного тока необходимо соблюдать полярность (см. документацию на светодиод).

Итак, главное, что нам нужно знать:

  • Максимальное напряжение
  • Максимально допустимый ток светодиода
Максимально допустимый ток светодиода – это ток, при котором гарантируется долговременная работа светодиода без выхода его из строя. Не надо путать с кратковременным максимальным током. Эти данные берутся из справочных материалов. Но обычно ток светодиода составляет 10…20 мА.

Итак, допустим, что мы зачем-то хотим установить светодиод на автомобиль. Напряжение бортовой сети автомобиля при исправном оборудовании не может превышать 15 В. На это напряжение и будем рассчитывать. Допустим, что максимальный ток нашего светодиода составляет 20 мА (0,02 А). Далее нам необходимо учесть тот факт, что на любом полупроводнике (коим является и светодиод) падает какое-то напряжение. Для светодиодов это обычно 1,5…2 В. Примем его для нашего случая равным 2 В.

Поскольку резистор и светодиод будут подключены последовательно, то максимально возможное напряжение на резисторе для нашего примера будет

U1 = U – Ud = 15 – 2 = 13
Где
U1 – напряжение на гасящем резисторе R1
U – входное напряжение
Ud – напряжение, падающее на светодиоде
Теперь остаётся рассчитать резистор таким образом, чтобы через него протекал ток 20 мА при напряжении 13 В. Делаем это с помощью известного нам закона Ома для участка цепи:
R = U1 / I = 13 / 0,02 = 650 Ом
Ну вот и всё. Задача решена – для включения светодиода с заданными характеристиками нам потребуется резистор сопротивлением 650 Ом. Однако сопротивление – это не единственный параметр резистора. Резистор ещё должен иметь подходящую мощность. Кроме того, промышленностью не выпускаются резисторы сопротивлением 650 Ом (точнее, выпускаются, но для особых случаев). Но это уже другая история. Хотите знать больше? Читайте статью РЕЗИСТОРЫ.

Ну и кроме того предоставлю вам возможность закрепить полученный материал с помощью флэш-ролика (рис. 4).

Рис. 4. Подключение светодиода.

См. также:


чему равно при параллельном и последовательном соединении, закон Ома

Что такое электрическое сопротивление участка цепи

Электрическое сопротивление для участка цепи определяется при помощи закона Ома. Для того, чтобы понять процессы, происходящие в элементах электрической цепи постоянного тока, необходимо дать общее определение закона Ома.

Определение

Закон Ома: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I — сила тока (единица измерения — ампер).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

\( I=\frac{U}{R}I=RU\)

U — напряжение (измеряется в вольтах). Падение напряжения на участке проводника равняется произведению силы тока и сопротивления на участке.

\(U=IRU=IR\)

R — электрическое сопротивление (измеряется в омах). Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока.

\(R=\frac{U}{I}R=IU\)​

Как запомнить формулы закона

Для запоминания закона, действующего на участке цепи, применяют треугольник Ома. С помощью него можно изобразить отношение величин друг к другу.

 

Если закрыть один из компонентов, оставшиеся покажут способ ее нахождения. Например, закрыв U, увидим I и R, произведение которых показывает величину напряжения. Так же можно поступить и с другими элементами треугольника.

Сопротивление при параллельном и последовательном соединении

При параллельном и последовательном соединении резисторов величина сопротивления будет различаться.

Последовательное соединение представляет собой цепь, состоящую из подключенных одного за другим проводников. Количество звеньев не ограничено. На каждом участке цепи можно определить внутреннее сопротивление. Сопротивление всей цепи будет равняться их сумме и рассчитываться по данной формуле:

\(R_{AB}=R_A+R_B\)

Параллельное соединение означает, что все участки цепи подключены к одному узлу. Напряжение на всех элементах одинаково, а ток разветвляется и равен сумме токов на всех участках. Поэтому общее сопротивление можно вычислить по формуле: 

\(R_ {AB}=\frac{R_1\times R_2}{R_1+R_2}.\)

От чего зависит сопротивление участка цепи

Сопротивление участка цепи зависит, в первую очередь, от того, что представляет собой данный участок цепи. Им может быть как обычный резистивный элемент, так и конденсатор или катушка индуктивности.

Физическая величина сопротивление


Сопротивление участка цепи определяется по соотношению закона Ома для участка цепи. Закон Ома определяет сопротивление элемента по отношению напряжения, прикладываемого к нему, к силе тока, проходящего через элемент. Но таким образом определяется сопротивление линейного участка цепи, то есть участка, сила тока через который линейно зависит от напряжения на нем. Если сопротивление изменяется в зависимости от значения напряжения (и силы тока, соответственно), то сопротивление называется дифференциальным и определяется производной функции напряжения от тока.

Схема участка цепи


Ток в цепи создают движущиеся заряженные частицы, которыми чаще всего являются электроны. Чем больше простора для перемещения имеют электроны, тем больше оказывается проводимость. Представьте, что данный участок цепи состоит не из одного элемента, а из нескольких, соединенных параллельно друг с другом. Электроны проводимости, двигаясь по электрической цепи и приближаясь к участку параллельно подключенных элементов, разделяются на несколько частей. Каждая составляющая проходит через одну из ветвей участка, формируя в ней собственный ток. Таким образом, увеличение количества параллельно подключенных проводников уменьшает полное сопротивление участка, давая электронам дополнительные пути для движения.

Сопротивление резисторов


Физическая природа эффекта сопротивления в случае резистивных элементов основывается на столкновении заряженных частиц с ионами кристаллической решетки вещества проводника. Чем больше столкновений, тем больше сопротивление. Следовательно, сопротивление участка цепи, образованного резистивным элементом, зависит от его геометрических параметров. В частности, увеличение длины проводника ведет к тому, что меньшая часть электронов, продвигаясь по проводнику, успевает достичь его противоположного полюса, что и приводит к снижению сопротивления. С другой стороны, увеличение площади поперечного сечения проводника дает больше пространства для движения электронов проводимости и позволяет снизить величину сопротивления.

Сопротивление емкости и индуктивности


В случае рассмотрения участка цепи, являющегося емкостными и индуктивными элементами, оказывается важным влияние частотных параметров. Как известно, конденсатор не проводит постоянный электрический ток, однако, если ток переменный, то сопротивление конденсатора оказывается вполне конкретным. То же самое касается и индуктивных элементов цепи. Если зависимость сопротивления конденсатора от частоты тока обратно пропорциональная, то эта же зависимость у катушки индуктивности является линейной.

Напряжение на концах участка цепи прямо пропорционально. Электрическое сопротивление участка цепи

Для электрика и электронщика одним из основных законов является Закон Ома. Каждый день работа ставит перед специалистом новые задачи, и зачастую нужно подобрать замену сгоревшему резистору или группе элементов. Электрику часто приходится менять кабеля, чтобы выбрать правильный нужно «прикинуть» ток в нагрузке, так приходится использовать простейшие физические законы и соотношения в повседневной жизни. Значение Закона Ома в электротехники колоссально, к слову большинство дипломных работ электротехнических специальностей рассчитываются на 70-90% по одной формуле.

Историческая справка

Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом. Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника. Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление. Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.

Величина, в которой измеряют сопротивление, названа в честь Георга Ома. Например, резисторы имеют две основные характеристики: мощность в ваттах и сопротивление – единица измерения в Омах, килоомах, мегаомах и т.д.

Закон Ома для участка цепи

Для описания электрической цепи не содержащего ЭДС можно использовать закон Ома для участка цепи. Это наиболее простая форма записи. Он выглядит так:

Где I – это ток, измеряется в Амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в Омах.

Такая формула нам говорит, что ток прямопропорционален напряжению и обратнопропорционален сопротивлению – это точная формулировка Закона Ома. Физический смысл этой формулы – это описать зависимость тока через участок цепи при известном его сопротивлении и напряжении.

Внимание! Эта формула справедлива для постоянного тока, для переменного тока она имеет небольшие отличия, к этому вернемся позже.

Кроме соотношения электрических величин данная форма нам говорит о том, что график зависимости тока от напряжения в сопротивлении линеен и выполняется уравнение функции:

f(x) = ky или f(u) = IR или f(u)=(1/R)*I

Закон Ома для участка цепи применяют для расчетов сопротивления резистора на участке схемы или для определения тока через него при известном напряжении и сопротивлении. Например, у нас есть резистор R сопротивлением в 6 Ом, к его выводам приложено напряжение 12 В. Необходимо узнать, какой ток будет протекать через него. Рассчитаем:

I=12 В/6 Ом=2 А

Идеальный проводник не имеет сопротивления, однако из-за структуры молекул вещества, из которого он состоит, любое проводящее тело обладает сопротивлением. Например, это стало причиной перехода с алюминиевых проводов на медные в домашних электросетях. Удельное сопротивление меди (Ом на 1 метр длины) меньше чем алюминия. Соответственно медные провода меньше греются, выдерживают большие токи, значит можно использовать провод меньшего сечения.

Еще один пример — спирали нагревательных приборов и резисторов обладают большим удельным сопротивлением, т.к. изготавливаются из разных высокоомных металлов, типа нихрома, кантала и пр. Когда носители заряда движутся через проводник, они сталкиваются с частицами в кристаллической решетке, вследствие этого выделяется энергия в виде тепла и проводник нагревается. Чем больше ток – тем больше столкновений – тем больше нагрев.

Чтобы снизить нагрев проводник нужно либо укоротить, либо увеличить его толщину (площадь поперечного сечения). Эту информацию можно записать в виде формулы:

R провод =ρ(L/S)

Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм 2 /м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.

Закон Ома для параллельной и последовательной цепи

В зависимости от типа соединения наблюдается разный характер протекания тока и распределения напряжений. Для участка цепи последовательного соединения элементов напряжение, ток и сопротивление находятся по формуле:

Это значит, что в цепи из произвольного количества последовательно соединенных элементов протекает один и тот же ток. При этом напряжение, приложенное ко всем элементам (сумма падений напряжения), равно выходному напряжению источника питания. К каждому элементу в отдельности приложена своя величина напряжений и зависит от силы тока и сопротивления конкретного:

U эл =I*R элемента

Сопротивление участка цепи для параллельно соединённых элементов рассчитывается по формуле:

1/R=1/R1+1/R2

Для смешанного соединения нужно приводить цепь к эквивалентному виду. Например, если один резистор соединен с двумя параллельно соединенными резисторами – то сперва посчитайте сопротивление параллельно соединенных. Вы получите общее сопротивление двух резисторов и вам остаётся сложить его с третьим, который с ними соединен последовательно.

Закон Ома для полной цепи

Полная цепь предполагает наличие источника питания. Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:

  • напряжение, если это источник ЭДС;
  • силу тока, если это источник тока;

Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах. В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление. По сути, внутреннее сопротивление – это мнимый резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.

Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление ИП. Для полной цепи записывается формулой:

I=ε/(R+r)

Где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.

На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает. Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке.

Закон Ома в дифференциальной и интегральной форме

Для однородного участка цепи приведенные выше формулы справедливы, для неоднородного проводника необходимо его разбить на максимально короткие отрезки, чтобы изменения его размеров были минимизированы в пределах этого отрезка. Это называется Закон Ома в дифференциальной форме.

Иначе говоря: плотность тока прямо пропорциональной напряжённости и удельной проводимости для бесконечно малого участка проводника.

В интегральной форме:

Закон Ома для переменного тока

При расчете цепей переменного тока вместо понятия сопротивления вводят понятие «импеданс». Импеданс обозначают буквой Z, в него входит активное сопротивление нагрузки R a и реактивное сопротивление X (или R r). Это связано с формой синусоидального тока (и токов любых других форм) и параметрами индуктивных элементов, а также законов коммутации:

  1. Ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно.
  2. Напряжение в цепи с ёмкостью не может измениться мгновенно.

Таким образом, ток начинает отставать или опережать напряжение, и полная мощность разделяется на активную и реактивную.

X L и X C – это реактивные составляющие нагрузки.

В связи с этим вводится величина cosФ:

Здесь – Q – реактивная мощность, обусловленная переменным током и индуктивно-емкостными составляющими, P – активная мощность (выделяется на активных составляющих), S – полная мощность, cosФ – коэффициент мощности.

Возможно, вы заметили, что формула и её представление пересекается с теоремой Пифагора. Это действительно так и угол Ф зависит от того, насколько велика реактивная составляющая нагрузки – чем её больше, тем он больше. На практике это приводит к тому, что реально протекающий в сети ток больше чем тот, что учитывается бытовым счетчиком, предприятия же платят за полную мощность.

При этом сопротивление представляют в комплексной форме:

Здесь j – это мнимая единица, что характерно для комплексного вида уравнений. Реже обозначается как i, но в электротехнике также обозначается и действующее значение переменного тока, поэтому, чтобы не путаться, лучше использовать j.

Мнимая единица равняется √-1. Логично, что нет такого числа при возведении в квадрат, которого может получиться отрицательный результат «-1».

Как запомнить закон Ома

Чтобы запомнить Закон Ома – можно заучить формулировку простыми словами типа:

Чем больше напряжение – тем больше ток, чем больше сопротивление – тем меньше ток.

Или воспользоваться мнемоническими картинками и правилами. Первая это представление закона Ома в виде пирамиды – кратко и понятно.

Мнемоническое правило – это упрощенный вид какого-либо понятия, для простого и легкого его понимания и изучения. Может быть либо в словесной форме, либо в графической. Чтобы правильно найти нужную формулу – закройте пальцем искомую величину и получите ответ в виде произведения или частного. Вот как это работает:

Вторая – это карикатурное представление. Здесь показано: чем больше старается Ом, тем труднее проходит Ампер, а чем больше Вольт – тем легче проходит Ампер.

Закон Ома – один из основополагающих в электротехнике, без его знания невозможна бОльшая часть расчетов. И в повседневной работе часто приходится переводить или по сопротивлению определять ток. Совершенно не обязательно понимать его вывод и происхождение всех величин – но конечные формулы обязательны к освоению. В заключении хочется отметить, что есть старая шуточная пословица у электриков: «Не знаешь Ома – сиди дома». И если в каждой шутке есть доля правды, то здесь эта доля правды – 100%. Изучайте теоретические основы, если хотите стать профессионалом на практике, а в этом вам помогут другие статьи из нашего сайта.

Нравится(0 ) Не нравится(0 )

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика»..

Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием .

В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.

Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый .

Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.

Кто такой Ом? Немного истории

Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году. Вот так он выглядел.

Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.

Скажу только самое главное.

Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.

Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)

U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)

R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)

Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Проведем эксперимент

Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:

Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.

С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.

Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.

Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.

Пример № 1

В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.

Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В) . Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом) .

С помощью формулы найдем ток в цепи:

I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (А)

Подключаем последовательно светодиодной лампочке , включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.

На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.

Пример № 2

Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.

I = 0,0054 (А)

R = 40740 (Ом)

С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:

U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.

На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.

Пример № 3

В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.

I = 0,0054 (А)

U = 220 (В)

Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:

R = U/ I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью или мультиметра.

Полученное значение составило R = 40740 (Ом) , что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.

Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи!!!

Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.

Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.

Как этим пользоваться?

Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.

Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.

Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.

Выводы

В завершении статьи сделаю вывод.

Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.

Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.

P.S. Тут в интернете нашел смешную, но поясняющую карикатуру на тему закона Ома для участка цепи.

Зависит величина воздействия, которое ток может оказывать на проводник, будь то тепловое, химическое или магнитное действие тока . То есть, регулируя силу тока, можно управлять его воздействием. Электрический ток , в свою очередь – это упорядоченное движение частиц под действием электрического поля .

Зависимость силы тока и напряжения

Очевидно, что чем сильнее поле действует на частицы, тем больше будет сила тока в цепи. Электрическое поле характеризуется величиной, называемой напряжением . Следовательно, мы приходит к выводу, что сила тока зависит от напряжения.

И действительно, опытным путем удалось установить, что сила тока связана с напряжением прямо пропорционально. В случаях, когда изменяли величину напряжения в цепи, не меняя всех остальных параметров, сила тока возрастала или уменьшалась во столько же раз, во сколько меняли напряжение.

Связь с сопротивлением

Однако любая цепь или участок цепи характеризуются еще одной немаловажной величиной, называемой сопротивлением электрическому току . Сопротивление связано с силой тока обратно пропорционально. Если на каком-либо участке цепи изменить величину сопротивления, не меняя напряжения на концах этого участка, сила тока также изменится. Причем если мы уменьшим величину сопротивления, то сила тока возрастет во столько же раз. И, наоборот, при увеличении сопротивления сила тока пропорционально уменьшается.

Формула закона Ома для участка цепи

Сопоставив две эти зависимости, можно прийти к такому же выводу, к которому пришел немецкий ученый Георг Ом в 1827 г. Он связал воедино три вышеуказанные физические величины и вывел закон, который назвали его именем. Закон Ома для участка цепи гласит:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

где I – сила тока,
U – напряжение,
R – сопротивление.

Применение закона Ома

Закон Ома – один из основополагающих законов физики . Открытие его в свое время позволило сделать огромный скачок в науке. В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом законе – это не удел исключительно инженеров-электронщиков, а необходимая часть базовых знаний любого мало-мальски образованного человека. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».

U=IR и R=U/I

Правда, следует понимать, что в собранной цепи величина сопротивления некоторого участка цепи есть величина постоянная, поэтому при изменении силы тока будет изменяться только напряжение и наоборот. Для изменения сопротивления участка цепи следует собрать цепь заново. Расчет же требуемой величины сопротивления при проектировании и сборке цепи можно произвести по закону Ома, исходя из предполагаемых значений силы тока и напряжения, которые будут пропущены через данный участок цепи.

Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока (который позволяет плавно менять напряжение), амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединённого к спирали вольтметра (схема этой цепи показана рядом, прямоугольником условно обозначен проводник).

Замкнём цепь и отметим показания приборов. Затем при помощи источника тока плавно изменим напряжение (лучше всего увеличить его вдвое). Напряжение на спирали при этом тоже увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. Увеличивая напряжение в \(3\) раза, напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько же раз увеличивается сила тока.
Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём. Другими словами:

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Эту зависимость можно изобразить графически. Её называют зависимостью силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.

Включая в электрическую цепь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, т.е. сила тока в данной цепи различна.

Графики тоже будут отличаться.

Вольтметр, поочерёдно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение. Значит, сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включённых в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Обрати внимание!

Электрическое сопротивление — физическая величина. Обозначается оно буквой R.

За единицу сопротивления принимают \(1\) ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах \(1\)вольт сила тока равна \(1\) амперу .

Кратко это записывают так: 1 Ом = 1 В 1 А.

Применяют и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килоом (кОм), мегаом (МОм).

\(1\) мОм = \(0,001\) Ом;

\(1\) кОм = \(1000\) Ом;

\(1\) МОм = \(1 000 000\) Ом.

Причина сопротивления заключается в следующем: электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла. При этом замедляется упорядоченное движение электронов, и сквозь поперечное сечение проводника проходит за \(1\) с меньшее их число. Соответственно, уменьшается и переносимый электронами за \(1\) с заряд, т.е. уменьшается сила тока. Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление. Итак:

Обрати внимание!

Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту.

На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже приведены результаты опытов с тремя различными проводниками.

Обобщая результаты опытов, приходим к выводу, что:

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома — по имени немецкого учёного Георга Ома, открывшего этот закон в \(1827\) году.
Закон Ома читается так:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

И записывается так:

где \(I\) — сила тока в участке цепи, \(U\) — напряжение на этом участке, \(R\) — сопротивление участка.

Зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах может быть показана графически:

Найти сопротивление экспериментально можно несколькими способами:

При помощи амперметра и вольтметра

При помощи омметра

Электрическое сопротивление для участка цепи определяется при помощи закона Ома. Для того, чтобы понять процессы, происходящие в элементах электрической цепи постоянного тока, необходимо дать общее определение закона Ома.

Закон Ома

Сила тока на участке цепи всегда прямо пропорциональна напряжению на данном участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Подобное определение будет верно также для растворов электролитов. Общий закон Ома характерен при описании однородного участка цепи, который не содержит источников тока.

При составлении формул вводятся дополнительные характеристики. Среди них коэффициент пропорциональности. Его записывают в виде $1=R$. Отсюда следует, что $I = \frac{U}{R}$.

$R$ – сопротивление проводника.

Сопротивление принято измерять в омах (Ом).

Закон Ома является главным законом в электротехнике. С помощью его:

  • изучаются и рассчитываются электрические цепи;
  • устанавливается логическое соотношение между сопротивлением и напряжением.

Определение 1

Вольтамперная характеристика – функциональная зависимость элемента участка цепи. Она является очень важной величиной электрических свойств элемента. Такую зависимость можно представить в виде $I = I(U)$.

Подобные характеристики в зависимости от ситуации могут приобретать различные формы и выражения. Наиболее простой вид вольтамперной характеристики выразил в формуле Георг Ом, в честь которого была названа единица сопротивления тока. Ученый подтвердил свою теорию многочисленными экспериментами, применяя опыты к металлическому проводнику.

Закон Ома необходимо понимать на теоретическом и практическом уровне, чтобы решать различные задачи. Если неправильно применять основные параметры закона, то результат приобретает неправильные черты, поэтому допускаются многочисленные ошибки.

Применение закона Ома для участка цепи

Каждый участок электрической цепи можно описать с помощью трех основных величин:

  • сопротивления;
  • напряжения;
  • тока.

Такое сочетание также называют «треугольником Ома», поскольку величины характеризуют все процессы электротехники.

Все производимые расчеты имеют смысл только в тех случаях, когда напряжение на участке цепи выражается в вольтах (В), сопротивление — в омах (Ом), а ток – в амперах (А). При использовании иных единиц измерений или их кратных значений необходимо осуществлять дополнительный ряд действий, чтобы искомый результат полностью соответствовал задачам и целям расчетов. Для этого кратные единицы используемых величин переводят в традиционные величины.

Кратные единицы измерений:

  • милливольты;
  • миллиамперы;
  • мегаомы.

При произведении расчетов в кратных единицах измерений величин напряжение всегда выражается в вольтах.

Для расчета сопротивления на участке цепи по закону Ома необходимо сначала определить ток на заданном участке цепи. Напряжение при этом делят на сопротивление конкретного участка цепи. Эти действия можно производить на любом участке без погрешности.

Для определения напряжения в цепи используют формулу $U = IR$.

Согласно указанной формуле, напряжение на обоих концах участка электрической цепи прямо пропорционально сопротивлению и току. Иными словами, если не стремиться все время изменять сопротивление на данном участке, то при увеличении тока применяется способ увеличения напряжения.

Значительному напряжению в цепи будет соответствовать больший ток. Эти правила действуют при постоянном сопротивлении. Для получении одинакового тока при различных сопротивлениях большее напряжение должно соответствовать большему сопротивлению.

Падение напряжения – это напряжение на определенном участке цепи. Это означает, что напряжение и падение напряжения – идентичные понятия, а слово «падение» никак не связано с потерей некоторого количества напряжения в цепи. Потерю напряжения следует различать от падения напряжения.

Расчет сопротивления

Сопротивление на участке цепи рассчитывается по классической формуле $R = \frac{U}{I}$. Для этого необходимо установить значения напряжения и тока. Сопротивление – отношение напряжения к току.

При многократном увеличении или уменьшении напряжения ток также изменяется в несколько раз в ту или иную сторону. Отношение напряжения к току, которое равно сопротивлению, всегда остается на неизменном уровне.

Сопротивление определенного проводника не зависит от напряжения и тока. Оно будет лежать в зависимости от материала проводника, его длины и площади сечения. Формула для расчета сопротивления на участке цепи очень похожа на формулу для определения тока, однако существует между ними принципиальное различие.

Оно состоит в том, что ток на конкретном участке цепи зависит от напряжения и сопротивления, поэтому изменяется таким же образом. Сопротивление на данном участке цепи – постоянная величина. Она не зависит от изменения значений тока и напряжения, однако равно отношению этих величин.

Вольтамперная характеристика

Закон Ома представляют в виде вольтамперной характеристики. Зависимость между двумя пропорциональными величинами выражается прямой линией на графике. Она проходит через начало координат. Подобную прямую пропорциональную зависимость величин также называют линейной зависимостью.

В графическом выражении закона Ома для участка цепи при отрицательных значениях напряжения и тока также рисуют прямую линию. Это означает, что ток в цепи проходит в разных направлениях одинаково. При большем сопротивлении меньшее значение имеет ток с таким же напряжением.

Вольтамперную характеристику составляют при помощи специальных приборов. Линейными называют такие приборы, у которых характеристика выражается прямой линией, и она проходит через начало координат.

Специалисты при составлении вольтамперной характеристики применяют также понятия линейные сопротивления и линейные цепи.

Определение 2

Нелинейными называют приборы, у которых сопротивление меняется при изменении тока или напряжения. Для таких случаев уже не действует закон Ома.

Закон Ома для участка цепи

Немецкий физик Георг Ом (1787-1854) в 1826 году обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

U / I = R = const.

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника. Электрическое сопротивление измеряется в Омах. Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

1 Ом = 1 В / 1 А.

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади S поперечного сечения проводника:

R = r · L / S.

Постоянный для данного вещества параметр r называется удельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление измеряется в Ом · м.

В таблице приводятся значения удельного электрического сопротивления для некоторых материалов и сплавов:

Таблица 1. Удельное сопротивление проводников.

Материал

Удельное сопротивление (Ом · м)

Удельное сопротивление (Ом · мм2/м)

Алюминий

2,82 · 10-8

0,0282

Висмут

1,2 · 10-6

1,2

Вольфрам

5,5 · 10-8

0,055

Железо

9,8 · 10-8

0,098

Золото

2,42 · 10-8

0,0242

Константан

4,9 · 10-7

0,49

Латунь

8 · 10-8

0,08

Манганин

4,4 · 10-7

0,44

Медь

1,72 · 10-8

0,0172

Молибден

5,6 · 10-8

0,056

Никель

7,24 · 10-8

0,0724

Нихром

1 · 10-6

1

Олово

1,14 · 10-7

0,114

Платина

1,05 · 10-7

0,105

Свинец

2,06 · 10-7

0,206

Серебро

1,62 · 10-8

0,0162

Цинк

5,92 · 10-8

0,0592

Экспериментально установленную зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления R участка цепи называют законом Ома для участка цепи: I = U / R.

Закон Ома для участка цепи. Электрическое сопротивление. 8-й класс

Цель:

Образовательная: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи.

Развивающая:

  • развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;
  • формировать умения пользоваться теоретическими и экспериментальными методами для обоснования выводов и для решения задач.

Воспитательная: развивать познавательный интерес к предмету, тренировка рационального метода запоминания формул.

Оборудование: демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока, ключ, соединительные провода, демонстрационный магазин сопротивления, презентация.

План урока.

І. Организационный момент.

ІІ. Повторение — опрос

ІІІ. Изучение нового материал.

ІV. Закрепление знаний, умений, навыков.

V. Домашнее задание.

VІ. Подведение итогов урока, оценка работ учащихся.

Ход урока:

І. Организационный момент.

II. Повторение — опрос

Презентация.

Вопросы на слайде 2. Учащиеся отвечают на вопросы и проверяют их сами

Электрический ток …

Электрический ток — упорядоченное движение свободных электрических зарядов.

Электрическое поле действует на свободные электрические заряды

Источник электрического тока …

Источник электрического тока- устройство создающее электрическое поле в проводнике , делит заряды по полюсам. Гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы

ЭДС …

Электродвижущая сила- энергетическая характеристика источника тока, равна отношению работы сторонних сил к переносимому электрическому заряду.

Сила тока …

Сила тока — физическая величина, равна отношению количества электричества, переносимого через поперечное сечение проводника за какой-нибудь промежуток времени, к величине этого времени.

Напряжение …

Напряжение — физическая величина, характеризует работу тока по перемещению единицы заряда на данном участке цепи, равно отношению работы электрического поля при перемещении заряда на данном участке цепи, к величине этого заряда

ІІІ. Изучение нового материал.

Начинаем с постановки основного вопроса урока

От чего зависит сила тока?

Рассмотрим схему электрической цепи.Уточняем как соединяются амперметр и вольтметр. Силу тока определяем амперметром, напряжение- вольтметром

 

Определим цену деления амперметра, вольтметра

Соберем цепь по схеме

1. Проверим зависимость силы тока от напряжения.

Сделаем три опыта меняя силу тока используя реостат.

I, A U, B  
1 0.4 0.8  
2 0.5 1  
3 1 2  

Учаиеся видя экспериментальные данные делают вывод.

Вывод: Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка

I U

I = 1/R *U

1/R — коэффициент пропорциональности, зависит от свойств проводника

R — сопротивление, физическая величина, характеризующая свойство проводника оказывать противодействие току, проходящему по цепи

[ R] = [1 Ом]

1 Ом — сопротивление проводника, по которому проходит ток в 1 А при напряжении на его концах 1 В.

Схема сопротивления в цепи

Резистор — сопротивление постоянное

Реостат — сопротивление меняется

2. Проверим зависимость силы тока от сопротивления

Меняя сопротивления измерить силу тока

По экспериментальным данным сделать вывод.

Вывод: Сила тока на участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению

Закон Ома Сила тока на данном участке проводника прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

U= I*R

Падение напряжения на данном участке цепи U= I*R по данному участку цепи проявляется тепловое действие тока

ІV. Закрепление знаний, умений, навыков.

1. Самостоятельно вычислить сопротивление в первой таблице (сопротивление не меняется доказать)

2. Решение задач по учебнику упражнение 18.

V. Домашнее задание. Параграф 36, упр 18.

Литература.

1. Учебник для 8 кл. Изд-во “Мектеп” под редакцией Б.М. Дуйсембаева и др.

Объяснение силы тока и сопротивления в электрической цепи

Электрические устройства работают, будучи частью электрической цепи, по которой текут электроны. Цепи зависят от проводников: материалов, которые позволяют электронам легко и напрямую проходить через себя.

Некоторые материалы, такие как стекло или пластик, являются плохими проводниками. Фактически, они обычно используются как изоляторы: материалы, которые сопротивляются потоку электронов через них.

Однако многие металлы являются хорошими проводниками, поскольку обладают меньшим сопротивлением электричеству.Медь считается отличным проводником, потому что она имеет очень небольшое сопротивление. Кроме того, он не ржавеет и с ним легко работать, поэтому его часто выбирают для изготовления проволоки.

Но все проводники, даже хорошие, такие как медь, обладают той или иной формой сопротивления. Может быть небольшое сопротивление, но оно всегда есть.

Начнем с простой схемы. Схема идет от одного вывода батареи к свету, а затем обратно к другому выводу батареи. Когда мы замыкаем цепь, лампочка загорается.Электроны текут!

Теперь давайте построим ту же схему, но на этот раз с большим количеством проводов. Когда мы замыкаем схему, обратите внимание, что происходит: свет не такой яркий. Что случилось?

Мы можем измерить ток в исходной цепи. Было 2 ампера. Лампа была яркой, что показывало, что в ней много тока — хороший поток электронов!

Однако, когда мы добавили провод, лампа была не такой яркой. Это означало, что через цепь проходил меньший ток.В этом случае мы можем измерить только 1,5 ампера. Почему?

Помните, что каждый проводник имеет сопротивление электричеству. Когда мы сравниваем сопротивление цепей, мы видим, что дополнительный провод во второй цепи добавил сопротивление.

Когда мы заменяем дополнительный провод в этой цепи другим источником света, мы видим аналогичные результаты: первый свет все еще тусклый, как и второй свет!

Дополнительный свет занял место лишнего провода в цепи. Каждый свет, как и проволока, имеет собственное сопротивление.А когда вы добавляете сопротивление, ток будет меньше.

Документ без названия

Документ без названия

Сопротивление

Термин «сопротивление» используется для объяснения этих осложнений. Сопротивление является мерой сложности потока электронов в материале. Следовательно,

      Изоляторы
    • имеют очень высокое сопротивление
    • Провода
    • имеют очень низкое сопротивление
    • Полупроводники
    • находятся между этими двумя крайностями

(Полупроводники — очень важные материалы в производстве компьютерных чипов.)

Аккумулятор имеет фиксированное напряжение, поэтому сколько тока в конкретном цепь зависит от сопротивления этой цепи.

например Рассмотрим эти две схемы, каждая из которых имеет идентичную батарею:

цепь 1 — низкое сопротивление
(например, короткое замыкание)
низкое сопротивление
Вырабатываемый ток высокого сопротивления

N.B. Стоит отметить, что в утверждении может возникнуть некоторая путаница. что ток везде одинаковый в последовательной цепи.Это правда для каждая из этих цепей выше. В каждой цепи ток равен то же самое повсюду в нем, поэтому, например, ток не « расходуется », поскольку он проходит через высокое сопротивление в цепи 2. Однако ток в цепи 1 намного больше, чем ток в цепи 2.

Аккумулятор всегда имеет маркировку по напряжению, которое обеспечивает энергию или «толчок», который заставляет электроны двигаться в одном направлении по цепи. Как мы уже говорили, напряжение (измеряемое в вольтах) является мерой энергия на единицу заряда, и это можно рассматривать как движущий ток.

Аккумулятор не может быть помечен величиной тока, который он выдает. поскольку это зависит от сопротивления цепи, к которой он подключен.

Сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом, в честь учителя физики немецкого языка. позвонил Джордж Ом. Единице присвоен символ W, греческая буква Омега.

Теперь это позволяет контролировать ток в цепи. Для меньшего тока, сопротивление должно быть большим, а для большего тока сопротивление должно быть низким.

В схему можно ввести переменный резистор, чтобы ток можно управлять:

При изменении сопротивления переменного резистора величина тока в цепи также меняется и яркость лампочки меняется.

Конечно, более жесткий контроль достигается путем включения переключателя в цепь, которая затем выключена или включена.

В последовательной цепи по мере добавления ламп общее сопротивление становится равным выше и поэтому батарея выдает меньше тока.Этот ток проходит через каждый лампочек, которые поэтому тусклее.

Странный факт о параллельной цепи: чем больше лампочек добавлены параллельно, тем меньше становится общее сопротивление цепи! Следовательно, чем больше лампочек добавляется параллельно, батарея вырабатывает больший ток, поэтому что, пока все лампочки идентичны, все они имеют достаточный ток через них для каждого должна быть нормальная яркость.

Дети могут делать схемы из лампочек, зуммеров, моторов и т. Д.и разработать свои собственные переключатели. Интересно отметить, что лампочка светится из-за нити накала:

В атомном масштабе движущиеся электроны в токе сталкиваются со всеми фиксированные атомы в цепи, которая заставляет эти атомы вибрировать сильнее. Нить это просто очень тонкий провод с высоким сопротивлением и вибрациями из-за столкновений с движущимися электронами заставляют его нагреваться и излучать свет.

Содержание

Безопасность, Статическое электричество
Заряд
Ток электричества, Зажигание лампочки, Модели
Atomic Theory
Проводники и изоляторы
Выключатели, Короткие замыкания, Схемы соединений
Ток, напряжение
Электрические цепи
Измерение тока
Мощность
Материал для оценки / обсуждения
Ссылка Материал

Как рассчитать падение напряжения на резисторе в параллельной цепи

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S.Hussain Ather

••• Syed Hussain Ather

TL; DR (слишком долго; не читал)

На приведенной выше схеме параллельной цепи падение напряжения можно найти, сложив сопротивления каждого резистора и определив, какое напряжение вытекает из тока в этой конфигурации. Эти примеры параллельных цепей иллюстрируют концепции тока и напряжения в разных ветвях.

На схеме параллельной цепи падение напряжения на резисторе в параллельной цепи одинаково для всех резисторов в каждой ветви параллельной цепи.Напряжение, выраженное в вольтах, измеряет электродвижущую силу или разность потенциалов в цепи.

Когда у вас есть цепь с известной величиной тока , поток электрического заряда, вы можете рассчитать падение напряжения в схемах параллельной цепи по:

  1. Определите объединенное сопротивление или сопротивление к потоку заряда параллельных резисторов. Суммируйте их как 1 / R всего = 1 / R 1 + 1 / R 2 … для каждого резистора. Для приведенной выше параллельной цепи полное сопротивление можно найти как:
    1. 1 / R total = 1/5 Ω + 1/6 Ω + 1/10 Ω
    2. 1 / R всего = 6/30 Ом + 5/30 Ом + 3/30 Ом
    3. 1 / R всего = 14/30 Ом
    4. R всего = 30/14 Ом = 15/7 Ом
  2. Умножьте ток на общее сопротивление, чтобы получить падение напряжения в соответствии с законом Ома V = IR .Это равно падению напряжения во всей параллельной цепи и на каждом резисторе в параллельной цепи. В этом примере падение напряжения равно В = 5 А x 15/7 Ом = 75/7 В.

Этот метод решения уравнений работает, потому что ток, входящий в любую точку параллельной цепи, должен быть равен текущий уход. Это происходит из-за текущего закона Кирхгофа, который гласит: «алгебраическая сумма токов в сети проводников, встречающихся в одной точке, равна нулю.»Калькулятор параллельной цепи мог бы использовать этот закон в ветвях параллельной цепи.

Если мы сравним ток, входящий в три ветви параллельной цепи, он должен равняться общему току, выходящему из ветвей. Поскольку падение напряжения остается постоянная на каждом параллельном резисторе, это падение напряжения, вы можете суммировать сопротивление каждого резистора, чтобы получить общее сопротивление и определить напряжение по этому значению. Примеры параллельной цепи показывают это.

Падение напряжения в последовательной цепи

•• • Syed Hussain Ather

В последовательной цепи, с другой стороны, вы можете рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, зная, что в последовательной цепи ток постоянен на всем протяжении.Это означает, что падение напряжения на каждом резисторе разное и зависит от сопротивления в соответствии с законом Ома V = IR . В приведенном выше примере падение напряжения на каждом резисторе составляет:

V_1 = R_1I = 3 \ times 3 = 9 \ text {V} \\ V_2 = R_2I = 10 \ times 3 = 30 \ text {V} \\ V_3 = R_3I = 5 \ times 3 = 15 \ text {V}

Сумма каждого падения напряжения должна быть равна напряжению батареи в последовательной цепи. Это означает, что наша батарея имеет напряжение 54 В.

Этот метод решения уравнений работает, потому что падение напряжения на всех резисторах, установленных последовательно, должно в сумме равняться общему напряжению последовательной цепи.Это происходит из-за закона напряжения Кирхгофа , который гласит, что «направленная сумма разностей потенциалов (напряжений) вокруг любого замкнутого контура равна нулю». Это означает, что в любой точке замкнутой последовательной цепи падение напряжения на каждом резисторе должно равняться общему напряжению цепи. Поскольку ток в последовательной цепи постоянный, падение напряжения должно различаться на каждом резисторе.

Параллельные и последовательные схемы

В параллельной схеме все компоненты схемы подключаются между одними и теми же точками на схеме.Это дает им их разветвленную структуру, в которой ток разделяется между каждой ветвью, но падение напряжения на каждой ветви остается неизменным. Сумма каждого резистора дает общее сопротивление на основе обратной величины каждого сопротивления ( 1 / R всего = 1 / R 1 + 1 / R 2 для каждого резистора).

В последовательной цепи, напротив, есть только один путь для прохождения тока. Это означает, что ток остается постоянным на всем протяжении, а падение напряжения на каждом резисторе отличается.Сумма каждого резистора дает общее сопротивление при линейном суммировании ( R всего = R 1 + R 2 для каждого резистора).

Последовательно-параллельные цепи

Вы можете использовать оба закона Кирхгофа для любой точки или петли в любой цепи и применять их для определения напряжения и тока. Законы Кирхгофа дают вам метод определения тока и напряжения в ситуациях, когда природа цепи как последовательной и параллельной может быть не такой простой.

Как правило, для цепей, которые имеют как последовательные, так и параллельные компоненты, вы можете рассматривать отдельные части схемы как последовательные или параллельные и соответственно комбинировать их.

Эти сложные последовательно-параллельные схемы можно решить несколькими способами. Один из методов — рассматривать их части как параллельные или последовательные. Другой метод — использование законов Кирхгофа для определения обобщенных решений, использующих систему уравнений. Калькулятор последовательно-параллельных цепей учитывает различную природу цепей.

••• Syed Hussain Ather

В приведенном выше примере текущая точка выхода A должна равняться текущей точке выхода A. Это означает, что вы можете написать:

(1). I_1 = I_2 + I_3 \ text {или} I_1-I_2-I_3 = 0

Если рассматривать верхний контур как замкнутую последовательную цепь и рассматривать падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома с соответствующим сопротивлением, вы можете написать:

(2). V_1-R_1I_1-R_2I_2 = 0

и, проделав то же самое для нижнего контура, вы можете обрабатывать каждое падение напряжения в направлении тока в зависимости от тока и сопротивления, чтобы записать:

(3).V_1 + V_2 + R_3I_3-R_2I_2 = 0

Это дает вам три уравнения, которые можно решить несколькими способами. Вы можете переписать каждое из уравнений (1) — (3) так, чтобы напряжение было с одной стороны, а ток и сопротивление — с другой. Таким образом, вы можете рассматривать три уравнения как зависимые от трех переменных I 1 , I 2 и I 3 с коэффициентами комбинаций R 1 , R 2 и R 3 .

\ begin {align} & (1).I_1-I_2-I_3 = 0 \\ & (2). R_1I_1 + R_2I_2 + 0 \ times I_3 = V_1 \\ & (3). 0 \ times I_1 + R_2I_2-R_3I_3 = V_1 + V_2 \ end {выровнено}

Эти три уравнения демонстрируют, как напряжение в каждой точке цепи каким-то образом зависит от тока и сопротивления. Если вы помните законы Кирхгофа, вы можете создать эти обобщенные решения схемных задач и использовать матричную нотацию для их решения. Таким образом, вы можете подставить значения для двух величин (среди которых напряжение, ток, сопротивление), чтобы найти третью.

Цепи — ток, разность потенциалов, сопротивление и элементы в последовательной и параллельной цепях, сохранение заряда

Элементы последовательно и параллельно

Ячейки в серии

Когда элементы соединены последовательно друг с другом, и все они подключены в одном направлении, общая разность потенциалов, подаваемая в цепь, представляет собой сложенные вместе индивидуальные разности потенциалов.

V всего = V 1 + V 2 + V 3

Идентичные ячейки параллельно друг другу

Когда идентичные элементы параллельны друг другу, полная разность потенциалов, подаваемая в цепь, равна разности потенциалов только одной из ячеек.

V всего = V 1 = V 2 = V 3

Итак, если три ячейки 2 В соединены параллельно друг с другом, разность потенциалов, подаваемая в цепь, составляет 2 В.

Резисторы последовательно и параллельно

Резисторы серии

Когда резисторы соединены последовательно друг с другом, общее сопротивление складывается из отдельных сопротивлений.

Резисторы, включенные параллельно

Когда резисторы соединены параллельно друг другу, общее сопротивление определяется с помощью следующего уравнения.

Ток в последовательной и параллельной цепях

Сохранение заряда — «общий заряд, протекающий в стык проводов, должен равняться общему заряду, вытекающему из стыка».

Первый закон Кирхгофа — «сумма токов, протекающих в месте соединения проводов, должна равняться сумме токов, исходящих от места соединения проводов».

Ток в последовательных цепях .

Когда вы подключаете амперметр к последовательной цепи, ток остается неизменным, куда бы вы ни вставили амперметр.

Ток в параллельных цепях .

Суммарный ток, протекающий от ячейки к ветвям в цепи, всегда должен быть равен току, протекающему через каждый компонент в ветвях цепи, когда они складываются.

Если компоненты имеют разное сопротивление, тогда ток через каждый компонент может быть разным, но когда вы складываете их вместе, они должны составлять общую сумму тока, выходящего из ячейки.

Разница потенциалов в последовательной и параллельной цепях

Второй закон Кирхгофа — «сумма ЭДС в любом замкнутом контуре в цепи должна быть равна сумме разностей потенциалов в замкнутом контуре в цепи».

Разность потенциалов в последовательной цепи .

Полная разность потенциалов, подаваемая ячейкой, делится между компонентами. Если все компоненты имеют одинаковое сопротивление, между ними будет равная разность потенциалов.

Если сопротивления не равны, они могут иметь разную величину разности потенциалов на них, но при суммировании они всегда должны равняться p.d. поставляется ячейкой.

Разность потенциалов в параллельных цепях .

Разность потенциалов, подаваемая элементом, равна разности потенциалов на каждом компоненте параллельной цепи.

Эквивалентное сопротивление

: что это такое и как его найти

Что такое эквивалентное сопротивление?

Эквивалентное сопротивление определяется как точка, в которой общее сопротивление измеряется в параллельной или последовательной цепи (либо во всей цепи, либо в ее части).Эквивалентное сопротивление определяется между двумя терминалами или узлами сети. Эквивалентное сопротивление может показаться сложным, но это просто технический способ сказать «полное сопротивление».

В эквивалентном сопротивлении сети один резистор может заменить всю сеть, так что для конкретного приложенного напряжения и / или эквивалентного тока можно получить аналогичный тому, который используется в качестве сети.

Когда в цепи более одного компонента, должен быть способ рассчитать полное эффективное сопротивление всей цепи или только одной части цепи.

Прежде чем мы обсудим, что такое равное сопротивление, мы можем описать сопротивление. Сопротивление — это мера того, насколько устройство или материал могут противостоять движению электричества через них. Это обратно пропорционально току, более высокое сопротивление означает меньший ток; уменьшенное сопротивление означает более высокий ток.

Как найти эквивалентное сопротивление

Эквивалентное сопротивление представляет собой суммарное влияние всех резисторов в цепи. Эквивалентное сопротивление можно измерить в последовательной или параллельной цепи.

Резистор состоит из двух переходов, по которым ток проходит через него и через него. Это пассивные устройства, использующие электричество. Чтобы улучшить общее сопротивление, резисторы должны быть подключены последовательно, а резисторы должны быть подключены параллельно, чтобы уменьшить сопротивление.

Параллельная цепь с эквивалентным сопротивлением

Параллельная цепь — это цепь, в которой элементы подключены к разным ветвям. В параллельной цепи падение напряжения одинаково для каждой параллельной ветви.Суммарный ток в каждой ветви равен току вне ветвей.

Эквивалентное сопротивление цепи — это величина сопротивления, которая потребуется одному резистору для выравнивания общего эффекта набора резисторов, присутствующих в цепи. Для параллельных цепей эквивалентное сопротивление параллельной цепи задается как

, где, и — значения сопротивления отдельных резисторов, подключенных параллельно.

Общая величина тока часто обратно пропорциональна уровню совокупного сопротивления.Существует прямая зависимость между сопротивлением отдельных резисторов и общим сопротивлением набора сопротивлений.

Если все конечные точки резисторов подключены к обоим конечным точкам источника питания, то резисторы подключены параллельно, и их эквивалентное сопротивление уменьшается между их конечными точками. Ток в параллельной цепи может протекать в нескольких направлениях.

Чтобы исследовать эту взаимосвязь, давайте начнем с простейшего случая, когда два резистора расположены в параллельных ветвях, каждый из которых имеет то же значение сопротивления, что и 4.Поскольку схема обеспечивает два эквивалентных пути для переноса заряда, только половина заряда может пройти через ответвление.

Хотя каждая ветвь дает 4 сопротивления любому заряду, протекающему через нее, только половина всего заряда, протекающего по цепи, может встретить 4 сопротивления этой ветви. Таким образом, наличие двух параллельно включенных резисторов 4 будет равняться одному резистору 2 в цепи. Это концепция эквивалентного сопротивления в параллельной цепи.

Последовательная цепь эквивалентного сопротивления

Если все компоненты соединены последовательно, цепь называется последовательной схемой. В последовательной цепи каждый блок подключен таким образом, что есть только один путь, по которому заряд может проходить через внешнюю цепь. Каждый заряд, проходящий через контур внешней цепи, будет проходить через каждый резистор последовательно. В последовательной цепи ток течет только по одному пути.

Заряды перетекают вместе по внешнему контуру со скоростью, которая везде одинакова.В одном месте течение не сильнее, а в другом — слабее. И наоборот, точное количество тока зависит от общего сопротивления. Существует прямая зависимость между сопротивлением отдельных резисторов и общим сопротивлением всех резисторов, присутствующих в цепи.

Например, когда два резистора 6 Ом соединены последовательно, это будет эквивалентно наличию в цепи одного резистора 12 Ом. Это концепция эквивалентного сопротивления в последовательной цепи.

Для последовательных цепей эквивалентное сопротивление последовательной цепи задается как

Если конечная точка одного резистора линейно соединена с конечной точкой соседнего резистора и свободным концом одного резистора и свободным концом другого. резисторы подключаются к источнику питания.Затем два резистора подключаются последовательно, и их равное сопротивление увеличивается между их конечными точками.

Примеры эквивалентного сопротивления

Для показанной комбинации резисторов найдите эквивалентное сопротивление между точками A и B.

Пример 1

Каково эквивалентное сопротивление для приведенной ниже схемы между точками A и B?

Два резистора и с номиналом включены последовательно. Таким образом, их эквивалентное значение сопротивления будет

, и они будут параллельны.Эквивалентное сопротивление цепи.

Пример 2

Для приведенной ниже схемы вычислите эквивалентное сопротивление между конечными точками A и B

Выражение для эквивалентного сопротивления резистора, подключенного последовательно, дается следующим образом.

Какая цепь имеет наименьшее эквивалентное сопротивление

Пример 1

Из приведенных ниже схем определите схему с наименьшим эквивалентным сопротивлением.Опция A Опция B Опция C

Опция D

Первая приведенная схема — это последовательная цепь. Таким образом, эквивалентное сопротивление задается как

Вторая дана — это параллельная цепь. Таким образом, эквивалентное сопротивление задается как

Вторая заданная величина также является параллельной схемой. Таким образом, эквивалентное сопротивление определяется как

Четвертое значение — это последовательная цепь. Таким образом, эквивалентное сопротивление задается как

Таким образом, из приведенного выше расчета видно, что третий вариант имеет наименьшее значение эквивалентного сопротивления.

Сложные проблемы эквивалентного сопротивления

Пример 1

Найдите эквивалентное сопротивление данной цепи.

Чтобы получить эквивалентное сопротивление, мы объединяем резисторы последовательно и параллельно. Вот и идут параллельно. Таким образом, эквивалентное сопротивление задается как

Кроме того, резисторы и включены последовательно. Следовательно, эквивалентное сопротивление будет указано как:

После уменьшения, мы теперь заметили, и они включены последовательно, поэтому эквивалентное сопротивление

Этот резистор теперь включен параллельно резистору.Таким образом, их эквивалентное сопротивление будет равно

. Теперь, заменив указанную выше схему на соответствующие значения, три резистора будут включены последовательно. Итак, окончательное эквивалентное сопротивление дается как

Пример 2

Какое эквивалентное сопротивление между точками A и B?

Чтобы найти ток через батарею, нам нужно найти эквивалентное сопротивление цепи. Полный ток I делится на и. Ток проходит через два резистора, поскольку они соединены последовательно и имеют одинаковый ток.Ток проходит и через резисторы, так как они имеют одинаковый ток.

Нам нужно найти ток, сначала вычислив ток I, который проходит через батарею.

Видим, что и резисторы включены последовательно. Заменим их эквивалентным резистором с сопротивлением

Два резистора соединены последовательно. Заменим их эквивалентным сопротивлением

Теперь у нас есть два резистора, подключенных параллельно.Мы можем заменить резистор на эквивалентный.

Наконец, у нас есть два резистора, соединенных последовательно. Эквивалентное сопротивление этих двух резисторов составляет

. Теперь мы можем найти ток I через аккумулятор. Это,

Этот ток делится между двумя токами и. Итак, общий ток

(1)

Второе уравнение, которое связывает токи, — это условие, при котором напряжение на резисторе равно напряжению на резисторе.

(2)

Из приведенных выше уравнений ((1) и (2) находится ток.

Затем мы подставляем это соотношение в уравнение (2),

Итак, теперь текущий I_1 задается как

Элементы электронных схем — Обзор MCAT

Элементы схемы

  • Ток (I = ΔQ / Δt, условные обозначения, единицы)
    • Ток — это скорость прохождения заряда через поперечное сечение проводника (провода).
    • Традиционно направление тока принимается за поток положительных зарядов.
    • Единица измерения тока — кулоны в секунду, Кл / с.
  • Аккумулятор, электродвижущая сила, напряжение
    • Электродвижущая сила (ЭДС) на самом деле не сила, а разность потенциалов с единичным напряжением.
    • Аккумулятор является источником ЭДС.
    • Если аккумулятор не имеет внутреннего сопротивления, то разность потенциалов на аккумуляторе = ЭДС.
    • Если батарея имеет внутреннее сопротивление, то разность потенциалов на батарее = ЭДС — падение напряжения из-за внутреннего сопротивления.
  • Клеммный потенциал, внутреннее сопротивление аккумулятора
    • Потенциал клемм — это напряжение на клеммах аккумулятора.
    • Внутреннее сопротивление батареи похоже на резистор рядом с батареей, подключенной последовательно.
    • Клеммный потенциал = ЭДС — ИК внутренний
  • Сопротивление
    • Закон Ома (I = V / R)
    • резисторов последовательно
      • I series = I 1 = I 2 = I 3
      • Все последовательно подключенные резисторы имеют одинаковый ток.
      • В серии = V 1 + V 2 + V 3
      • Падение напряжения между последовательными резисторами разделено в соответствии с сопротивлением — большее сопротивление, большее падение напряжения (V = IR).
    • резисторы параллельно
      • В параллельно = В 1 = В 2 = В 3
      • Все резисторы, включенные параллельно, имеют одинаковое напряжение.
      • I параллельно = I 1 + I 2 + I 3
      • Ток между резисторами, включенными параллельно, делится в соответствии с сопротивлением — большее сопротивление, меньший ток (I = V / R).
    • удельное сопротивление (ρ = RA / L)
      • Удельное сопротивление обратно пропорционально проводимости.
      • Большее удельное сопротивление, большее сопротивление материала.
      • Преобразуя приведенное выше уравнение, чтобы получить R = ρL / A. Чтобы сделать провод с низким сопротивлением, выберите материал с низким удельным сопротивлением, пусть провод должен быть коротким и диаметр провода должен быть большим.
      • Удлинители сделаны очень толстыми, чтобы снизить сопротивление, поэтому они не нагреваются и не вызывают возгорания.
  • Емкость
    • концепция конденсатора с параллельными пластинами
      • C = Q / V = ​​εA / d
      • Большая емкость создается за счет большего заряда пластин (Q) для данного напряжения (В), большей площади пластины (A) или меньшего расстояния между пластинами (d).
      • V = Ed, где V — напряжение на конденсаторе, E — электрическое поле между конденсаторами, а d — расстояние между пластинами конденсатора.
    • энергия заряженного конденсатора
      • U = Q 2 / 2C = ½QΔV = ½C (ΔV) 2
      • U — потенциальная энергия заряженного конденсатора, Q — накопленный заряд (величина + Q или -Q на одна из пластин), C — емкость.
    • конденсаторы последовательно
      • 1 / C экв. = 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 2 3 900
      • конденсаторы параллельно
        • C экв = C 1 + C 2 + C 3
      • диэлектрик
        • Диэлектрик = непроводящий материал.
        • Вставка диэлектрика между пластинами конденсатора увеличивает емкость, увеличивая Q (если V постоянный) или уменьшая V (если Q постоянный).
        • V = V 0 / κ
        • C = κC 0
    • Разряд конденсатора через резистор
      • Заряд
      • Разряд
      • Во время разряда конденсатора конденсатор действует как батарея и управляет током, который со временем уменьшается по мере разряда конденсатора.
    • Теория проводимости
      • На проводимость влияет концентрация электролита:
        • Без электролита, без ионизации, без проводимости.
        • Оптимальная концентрация электролита, наибольшая проводимость за счет наибольшей подвижности ионов.
        • Слишком много электролита, слишком много ионов, меньшая подвижность ионов, меньшая проводимость.
      • На проводимость влияет температура:
        • В металлах проводимость уменьшается с повышением температуры.
        • В полупроводниках проводимость увеличивается с увеличением температуры.
        • При чрезвычайно низких температурах (ниже определенной критической температуры, как правило, на несколько градусов выше абсолютного нуля) некоторые материалы обладают сверхпроводимостью — практически нет сопротивления протеканию тока, в таких условиях ток будет замкнутым почти вечно.
      • Электропроводность (σ) является обратной величиной удельного сопротивления (ρ).
      • Поместите конденсатор в раствор, раствор будет проводить ток между пластинами конденсатора, поэтому вы можете измерить проводимость раствора с помощью конденсатора.

    Схемы

    • Мощность в цепях (P = VI, P = I 2 R)
      • P = IV = I 2 R
      • P — мощность, I — ток, V — напряжение, R — сопротивление.
      • Энергетические компании стараются сэкономить количество меди, необходимой для линий электропередач, за счет использования более тонких проводов, что делает R довольно высоким.
      • Чтобы свести к минимуму Р, рассеиваемый проводами, они минимизируют I, увеличивая до максимума V. Вот почему линии электропередач передают электричество под высоким напряжением.

    Переменные токи и реактивные цепи

    • Среднеквадратичный ток
      • I rms = I max / √2 = 0,7 I max
    • Среднеквадратичное напряжение
      • В СКЗ = В макс / √2 = 0,7 В макс
    • В СКЗ = I СКЗ R
    • P среднекв. = I среднекв. В среднекв. = I 2 среднекв. R

Электрическая цепь — Energy Education

Рисунок 1: Пример замкнутой цепи (щелкните, чтобы увеличить). [1]

Электрическая цепь представляет собой соединение компонентов, которые могут проводить электрический ток. В простых электрических цепях есть проводники (обычно провода), компонент, который подает питание (например, аккумулятор или розетка), и компонент, который поглощает энергию, называемый нагрузкой. Лампочка может быть примером нагрузки, и всегда должен быть обратный путь, чтобы электроны могли вернуться к источнику питания от нагрузки. Каждая цепь предназначена для подачи питания на одну или несколько нагрузок.Например, в бумбоксе питание идет на динамики. Точно так же мощность в лампе идет на лампочку. Схема позволяет заряду уходить с одной стороны источника питания и возвращаться с другой стороны источника питания.

Цепи могут быть включены последовательно, параллельно или в комбинации двух, называемой последовательно-параллельной цепью. [2] Чтобы узнать больше об этих различных схемах, посетите: последовательная и параллельная схемы.

На рисунке 1 цепь замкнута (заряд может уходить из источника питания, проходить через лампочку и возвращаться к источнику питания), и лампочка действует как нагрузка.Обратите внимание, что показания вольтметра показывают 0 В, потому что падение напряжения на электрическом переключателе равно 0. [1]

Обрыв цепи

Рисунок 2: Пример разомкнутой цепи (щелкните, чтобы увеличить). [1]

В разомкнутой цепи (как на рисунке 2) имеется физический разрыв в пути проводимости, где ток падает до 0, а сопротивление становится бесконечным (слишком большим для измерения омметром). Однако напряжение можно измерить, потому что вольтметр подключается через открытую клемму. [3] Обратите внимание, что разомкнутая цепь не является настоящей цепью, потому что заряд с одной стороны источника питания не может уйти и вернуться на другую сторону источника питания.

На Рисунке 2 переключатель поднят, поэтому цепь размыкается, что означает, что ток не проходит полный путь и лампочка не работает. Вольтметр все еще может быть подключен и отображает показание 18 вольт из-за наличия двух последовательно соединенных 9-вольтных батарей. [1]

Неважно, где находится разрыв в электрической цепи, любое прерывание пути остановит электрический ток от перемещения по его пути.Это основа электрического переключателя, о котором говорилось выше.

Короткое замыкание

Рисунок 3. Пример короткого замыкания (щелкните, чтобы увеличить). [1] .

Короткое замыкание (показано на рисунке 3) — это непреднамеренное соединение с низким сопротивлением между двумя или более точками в цепи. Поскольку ток увеличивается при падении сопротивления (заданного законом Ома), это приведет к протеканию большого количества тока через «короткое замыкание». Этот более высокий ток, если он больше, чем может безопасно выдержать калибр провода, может вызвать ожог пути тока из-за высоких температур и может вызвать пожар.Это приводит к тому, что замыкает цепь. [3] Защитные устройства, такие как предохранители и автоматические выключатели, используются в случае короткого замыкания для предотвращения опасности поражения электрическим током и связанных с ним повреждений.

На рисунке 3 присутствует короткое замыкание. Хотя часть тока все еще проходит через лампочку, путь, идущий в обход лампочки, обеспечивает самое низкое сопротивление для цепи. Это более низкое сопротивление соответствует значительно большему току. Это большое количество тока превышает номинальный ток провода, тем самым разрушая переключатель и сжигая часть пути тока. [1]

Моделирование Phet

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета. Это моделирование исследует, как батареи работают в электрической цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Университет Колорадо (2011).Комплект для конструирования цепей (только DC), виртуальная лаборатория [онлайн]. Доступно http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab
  2. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 4, сек. 4.3, с. 155-160.
  3. 3,0 3,1 R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл.4, сек. 4.4, с. 160-162.
.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *