Большинство бытовых приборов, подключаемых к сети, характеризуются таким параметром, как электрическая мощность устройства. С физической точки зрения мощность представляет собой количественное выражение совершаемой работы. Поэтому для оценки эффективности того или иного устройства вам необходимо знать нагрузку, которую он будет создавать в цепи. Далее мы рассмотрим особенности самого понятия и как найти мощность тока, обладая различными характеристиками самого устройства и электрической сети.
Понятие электрической мощности и способы ее расчета
С электротехнической точки зрения она представляет собой количественное выражение взаимодействия энергии с материалом проводников и элементами при протекании тока в электрической цепи. Из-за наличия электрического сопротивления во всех деталях, задействованных в проведения электротока, направленное движение заряженных частиц встречает препятствие на пути следования. Это и обуславливает столкновение носителей заряда, электроэнергия переходит в другие виды и выделяется в виде излучения, тепла или механической энергии в окружающее пространство. Преобразование одного вида в другой и есть потребляемая мощность прибора или участка электрической цепи.
В зависимости от параметров источника тока и напряжения мощность также имеет отличительные характеристики. В электротехнике обозначается S, P и Q, единица измерения согласно международной системы СИ – ватты. Вычислить мощность можно через различные параметры приборов и электрических приборов. Рассмотрим каждый из них более детально.
Через напряжение и ток
Наиболее актуальный способ, чтобы рассчитать мощность в цепях постоянного тока – это использование данных о силе тока и приложенного напряжения. Для этого вам необходимо использовать формулу расчета: P = U*I
Где:
Этот вариант подходит только для активной нагрузки, где постоянный ток не обеспечивает взаимодействия с реактивной составляющей цепи. Чтобы найти мощность вам нужно выполнить произведение силы тока на напряжение. Обе величины должны находиться в одних единицах измерения – Вольты и Амперы, тогда результат также получится в Ваттах. Можно использовать и другие способы кВ, кА, мВ, мА, мкВ, мкА и т.д., но и параметр мощности пропорционально изменит свой десятичный показатель.
Через напряжение и сопротивление
Для большинства электрических устройств известен такой параметр, как внутреннее сопротивление, которое принимается за константу на весь период их эксплуатации. Так как бытовые или промышленные единицы подключаются к источнику с известным номиналом напряжения, определять мощность достаточно просто. Активная мощность находится из предыдущего соотношения и закона Ома, согласно которого ток на участке прямо пропорционален величине приложенного напряжения и имеет обратную пропорциональность к сопротивлению:
I = U/R
Если выражение для вычисления токовой нагрузки подставить в предыдущую формулу, то получится такое выражение для определения мощности:
P = U*(U/R)=U2/R
Где,
- P – величина нагрузки;
- U – приложенная разность потенциалов;
- R – сопротивление нагрузки.
Через ток и сопротивление
Бывает ситуация, когда разность потенциалов, приложенная к электрическому прибору, неизвестна или требует трудоемких вычислений, что не всегда удобно. Особенно актуален данный вопрос, если несколько устройств подключены последовательно и вам неизвестно, каким образом потребляемая электроэнергия распределяется между ними. Подход в определении здесь ничем не отличается от предыдущего способа, за основу берется базовое утверждение, что электрическая нагрузка рассчитывается как P = U×I, с той разницей, что напряжение нам не известно.
Поэтому ее мы также выведем из закона Ома, согласно которого нам известно, что падение напряжения на каком-либо отрезке линии или электроустановки прямо пропорционально току, протекающему по этому участку и сопротивлению отрезка цепи:
U=I*R
после того как выражение подставить в формулу мощности, получим:
P = (I*R)*I =I2*R
Как видите, мощность будет равна квадрату силы тока умноженной на сопротивление.
Полная мощность в цепи переменного тока
Сети переменного тока кардинально отличаются от постоянного тем, что изменение электрических величин, приводит к появлению не только активной, но и реактивной составляющей. В итоге суммарная мощность будет также состоять активной и реактивной энергии:
Где,
- S – полная мощность
- P – активная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с активным сопротивлением;
- Q – реактивная составляющая – возникает при взаимодействии электротока с реактивным сопротивлением.
Также составляющие вычисляются через тригонометрические функции, так:
P = U*I*cosφ
Q = U*I*sinφ
что активно используется в расчете электрических машин.
Рис. 1. Треугольник мощностейПример расчета полной мощности для электродвигателя
Отдельный интерес представляет собой нагрузка, подключенная к трехфазной сети, так как электрические величины, протекающие в ней, напрямую зависят от номинальной нагрузки каждой из фаз. Но для наглядности примера мы не будем рассматривать, как найти мощность несимметричного прибора, так как это довольно сложная задача, а приведем пример расчета трехфазного двигателя.
Особенность питания и асинхронной и синхронной электрической машины заключается в том, что на обмотки может подаваться и фазное и линейное напряжение. Тот или иной вариант, как правило, обуславливается способом соединения обмоток электродвигателя. Тогда мощность будет вычисляться по формуле:
S = 3*Uф*Iф
В случае выполнения расчетов с линейным напряжением, чтобы найти мощность формула примет вид:
Активная и реактивная мощности будут вычисляться по аналогии с сетями переменного тока, как было рассмотрено ранее.
Теперь рассмотрим вычисления на примере конкретной электрической машины асинхронного типа. Следует отметить, что официальная производительность, указываемая в паспортных данных электродвигателя – это полезная мощность, которую двигатель может выдать при совершении оборотов вала. Однако полезная кардинально отличается от полной, которую можно вычислить за счет коэффициента мощности.
Как видите, для вычислений с шильда мы возьмем следующую информацию об электродвигателе:
- полезная производительность – 3 кВт, а в переводе на систему измерения – 3000 Вт;
- коэффициент полезного действия – 80%, а в пересчете для вычислений будем пользоваться показателем 0,8;
- тригонометрическая функция соотношения активных и реактивных составляющих – 0,74%;
- напряжение, при соединении обмоток треугольником составит 220 В;
- сила тока при том же способе соединения – 13,3 А.
С таким перечнем характеристик можно воспользоваться несколькими способами:
S = 1,732*220*13,3 = 5067 Вт
Чтобы найти искомую величину, сначала определяем активную составляющую:
P = Pполезная / КПД = 3000/0.8 = 3750 Вт
Далее полную по способу деления активной на коэффициент cos φ:
S = P/cos φ = 3750/0.74 = 5067 Вт
Как видите, и в первом, и во втором случае искомая величина получилась одинакового значения.
Примеры задач
Для примера рассмотрим вычисление на участках электрической цепи с последовательным и параллельным соединением элементов. Первый вариант предусматривает ситуацию, когда все детали соединяются друг за другом от одного полюса источника питания до другого.
Рис. 3. Последовательная расчетная цепьКак видите на рисунке, в качестве источника мы используем батарейку с номинальным напряжением 9 В и три резистора по 10, 20 и 30 Ом соответственно. Так как номинальный ток нам не известен, расчет произведем через напряжение и сопротивление:
P = U2/R = 81 / (10+20+30) = 1.35 Вт
Для параллельной схемы подключения возьмем в качестве примера участок цепи с двумя резисторами и одним источником тока:
Рис. 4. Параллельная схема подключенияКак видите, для удобства расчетов нам нужно привести параллельно подключенные резисторы к схеме замещения, из чего получится:
Rобщ = (R1*R2) / (R1+R2) = (10*15) / (10+15) = 6 Ом
Тогда искомый номинал нагрузки мы можем узнать через значение тока и сопротивления:
P = I2*R = 25*6 = 150 Вт
Видео по теме
НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети Закон Ома для цепей переменного тока:
|
сопротивления через силу тока и напряжение
Электротехника как область науки, занимающаяся использованием электроэнергии, в том числе ее получением, распределением и учетом, оперирует значениями тока, напряжения, мощности и сопротивления. Это основные величины. Кроме этого, имеется множество других характеристик и понятий, но в рамках данной статьи будут рассматриваться именно эти основополагающие понятия.
Многообразие устройств электротехники
Электрический ток
Согласно определению, ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц в среде. Такими частицами могут быть свободные электроны или ионы, частицы вещества, в которых число протонов в ядре не равно количеству электронов, то есть имеющие определенный заряд, положительный или отрицательный. Электроток может быть постоянный или переменный.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение – это разность потенциалов на противоположных участках цепи. Точное определение понятия подразумевает работу по переносу электрического заряда между участками цепи.
Сопротивление
Любой проводник в цепи препятствует прохождению через себя тока. Данная характеристика определяет такую физическую величину, как сопротивление. Исходя из величины сопротивления, все вещества относят к проводникам или изоляторам. Точная граница весьма расплывчата, поэтому при некоторых условиях некоторые вещества можно отнести как к изоляторам, так и к проводникам. Участок электросхемы может иметь элемент с определенным значением величины, который именуется резистор.
Резисторы различных типов
Мощность
Скорость преобразования, передачи и потребления электрической энергии определяется мощностью.
Взаимосвязь параметров электрической цепи
Все параметры любой электрической цепи строго взаимосвязаны, поэтому в любой момент времени можно точно определить величину любого из них, зная остальные.
К сведению. Основополагающий закон, по которому производится большинство расчетов, – закон Ома, согласно которому сила тока обратно пропорциональна его сопротивлению и прямо пропорциональна приложенной разности потенциалов.
Закон Ома и его основатель
Формула напряжения тока закона Ома выглядит следующим образом:
I=U/R.
Так, цепь с большим напряжением пропускает больший ток, а при одинаковом напряжении ампераж будет больше там, где меньше сопротивление.
Принятые обозначения в формуле расчета напряжения и тока понятны во всем мире:
- I – сила тока;
- U – напряжение;
- R – сопротивление.
Путем простейшего математического преобразования находится формула расчета сопротивления через силу тока и напряжение.
Кроме закона Ома, используется формула расчета мощности:
P=U∙I.
Символом P здесь обозначена мощность тока.
Любая схема может содержать участки, где имеется последовательное соединение, или есть элемент, подключенный параллельно. Расчеты при этом усложняются, но базовые формулы остаются одинаковыми.
Единицы измерения в формуле
Невозможно выполнять расчеты или измерения, не зная, какими величинами оперировать. Общепринятые обозначения, согласно международной системе измерения СИ:
- Напряжение – Вольт. Обозначается символом В или V в англоязычной литературе;
- Сила тока – Ампер. Обозначается символом А;
- Электрическое сопротивление – Ом. Используется обозначение Ом или Ohm;
- Электрическая мощность – Ватт. Обозначается как Вт или W.
Как работает закон в реальной жизни
Используя совместно формулу расчета мощности и закон Ома, можно производить вычисления, не зная одной из величин. Самый простой пример – для лампы накаливания известны только ее мощность и напряжение. Применяя приведенные выше формулы, можно легко определить параметры нити накаливания и ток через нее.
Лампа накаливания
Сила тока формула через мощность:
I=P/U;
Сопротивление:
R=U/I.
Такой же результат можно найти из мощности, не прибегая к промежуточным расчетам:
R=U2/P.
Аналогично можно вычислить любую величину, зная только две из них. Для упрощения преобразований имеется мнемоническое отображение формул, позволяющее находить любые величины.
Правило для запоминания расчетов
Внимательно посмотрев на формулы, можно заметить, что, если уменьшить напряжение на лампе в два раза, ожидаемая мощность не снизится аналогично в два раза, а в четыре, согласно формуле:
P=U2/R.
Это довольно распространенная ошибка среди далеких от электротехники людей, которые неправильно соотносят мощность и напряжение, а также их действие на остальные параметры.
Кстати. Сила тока, найденная через сопротивление и напряжение, справедлива как для постоянного, так и для переменного тока, если в ней не используются такие элементы, как конденсатор или индуктивность.
Облегчить расчеты можно, используя онлайн калькулятор.
Пример с обычной водой
Существуют вещества, которые можно отнести одновременно к проводникам и изоляторам. Самый простой пример – обыкновенная вода. Дистиллированная вода является хорошим изолятором, но наличие в ней практически любых примесей делает ее проводником. Особенно это относится к солям различных металлов. При растворении в воде соли диссоциируются на ионы, их наличие – прямой повод для возникновения тока. Чем больше концентрация солей, тем меньшим сопротивлением будет обладать вода.
Зависимость сопротивления воды от содержания солей
Для наглядности можно взять дистиллированную воду для приготовления электролита для автомобильных аккумуляторных батарей. Опустив щупы омметра в воду, можно увидеть, что его показания велики. Добавление всего нескольких кристаллов поваренной соли через некоторое время вызывает резкое уменьшение сопротивления, которое будет тем меньше, чем больше соли перейдет в раствор.
По какой формуле определяется напряжение
Использование той или иной формулы напряжения электрического тока для вычисления зависит от того, какие величины известны:
- Ток и сопротивление – U=I∙R;
- Ток и мощность – U=P/I;
- Мощность и сопротивление – U=√P∙R
Различные используемые величины
Кроме основных величин: вольт, ампер, ом, ватт, используют кратные, большие или меньшие. Для обозначений применяют соответствующие приставки:
- Кило – 1000;
- Мега – 1000000;
- Гига – 1000000000;
- Милли – 0.001.
Таким образом, получается:
- Киловольт (кВ) – тысяча вольт;
- Мегаватт (Мвт) – миллион ватт;
- Миллиом (мОм) – одна тысячная Ом;
- Гигаватт (ГВт) – тысяча мегаватт или миллиард ватт.
Как найти напряжение
Формула нахождения напряжения как разности потенциалов в электрическом поле:
U=ϕA-ϕB, где ϕAи ϕB – потенциалы в точках А и В, соответственно.
Также можно записать напряжение как работу по переносу единицы заряда из точки А в точку В в электрическом поле:
U=A/q, где q – величина заряда.
Работа тем больше, чем выше напряженность электрического поля Е, то есть сила, действующая на неподвижный заряд.
Потенциальную энергию заряда в электростатическом поле называют электростатический потенциал.
Гидравлическая аналогия
Чтобы легче усвоить законы электрических цепей, можно представить себе аналогию с гидравлической системой, в которой соединение насоса и трубопроводов образует замкнутую систему. Для этого нужны следующие соответствия:
- Источник питания – насос;
- Проводники – трубы;
- Электроток – движение воды.
Без особых усилий становится понятнее, что чем меньше диаметр труб, тем медленнее по ним движется вода. Чем мощнее насос, тем большее количество воды он способен перекачать. При одинаковой мощности насоса уменьшение диаметра труб приведет к снижению потока воды.
Гидравлическая аналогия
Измерительные приборы
Для измерения параметров электрических цепей служат измерительные приборы:
- Вольтметр;
- Амперметр;
- Омметр.
Наиболее часто используется класс комбинированных устройств, в которых переключателем выбирается измеряемая величина – ампервольтомметры или авометры.
Один из самых распространенных авометров
Типичные напряжения
Для стандартизации и возможности использования различного оборудования в быту и технике применяются электрические сети со стандартными значениями:
- Бытовая сеть –220В;
- Бортовая сеть автомобиля – 12 или 24В;
- Батареи и аккумуляторы – 1.5, 3 или 9В.
Потенциал Гальвани
В электрохимии используется понятие потенциала Гальвани, который означает разность потенциала между различными фазами вещества, например, между электродом и электролитом, между электродами из разнородных металлов.
Видео
Наверное, каждый кто делал или делает ремонт электрики сталкивался с проблемой определения той или иной электрической величины. Для кого-то это становится настоящим камнем преткновения, а для кого-то все предельно ясно и каких-либо сложностей при определении той или иной величины нет. Данная статья посвящена именно первой категории – то есть для тех, кто не очень силен в теории электрических цепей и тех показателей, которые для них характерны.
Итак, для начала вернемся немного в прошлое и постараемся вспомнить школьный курс физики, касательно электрики. Как мы помним, основные электрические величины определяются на основании всего одного закона – закона Ома. Именно этот закон является базой проведения абсолютно для любых расчетов и имеет вид:
Отметим, что в данном случае речь идет о расчете самой простейшей электрической цепи, которая выглядит следующим образом:
Подчеркнем, что абсолютно любой расчет ведется именно посредством этой формулы. То есть путем не сложных математических вычислений можно определить ту или иную величину зная при этом два иных электрических параметра. Как бы там ни было, наш ресурс призван упростить жизнь тому кто делает ремонт, а поэтому мы упростим решение задачи определения электрических параметров, вывив основные формулы и предоставив возможность произвести расчет электрических цепей онлайн.
Как узнать ток зная мощность и напряжение?
В данном случае формула вычисления выглядит следующим образом:
Расчет силы тока онлайн:
(Не целые числа вводим через точку. Например: 0.5)
Как узнать напряжение зная силу тока?
Для того, чтобы узнать напряжение, зная при этом сопротивление потребителя тока можно воспользоваться формулой:
Расчет напряжения онлайн:
Если же сопротивление неизвестно, но зато известна мощность потребителя, то напряжение вычисляется по формуле:
Определение величины онлайн:
Как рассчитать мощность зная силу тока и напряжения?
Здесь необходимо знать величины действующего напряжения и действующей силы тока в электрической цепи. Согласно формуле предоставленной выше, мощность определяется путем умножения силы тока на действующее напряжение.
Расчет цепи онлайн:
Как определить потребляемую мощность цепи имея тестер, который меряет сопротивление?
Этот вопрос был задан в комментарие в одном из материалов нашего сайта. Поспешим дать ответ на этот вопрос. Итак, для начала измеряем тестером сопротивление электроприбора (для этого достаточно подсоединить щупы тестера к вилке шнура питания). Узнав сопротивление мы можем определить и мощность, для чего необходимо напряжение в квадрате разделить на сопротивление.
Онлайн расчет:
Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода
Довольно много вопросов связано с определением сечения провода при построении электропроводки. Если углубиться в электротехническую теорию, то формула расчета сечения имеет такой вид:
Конечно же, на практике, такой формулой пользуются довольно редко, прибегая к более простой схеме вычислений. Эта схема довольно проста: определяют силу тока, которая будет действовать в цепи, после чего согласно специальной таблице определяют сечение. Более детально по этому поводу можно почитать в материале – «Сечение провода для электропроводки»
Приведем пример. Есть бойлер мощностью 2000 Вт, какое сечение провода должно быть, чтобы подключить его к бытовой электропрводке? Для начала определим силу тока, которая будет действовать в цепи:
I=P/U=2000/220В = 9А
Как видим, сила тока получается довольно приличной. Округляем значение до 10 А и обращаемся к таблице:
Таким образом, для нашего бойлера потребуется провод сечением 1,7 мм. Для большей надежности используем провод сечением 2 или 2,5 мм.
Рекомендуем ознакомиться:
— БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ ЛЕНТ
— ЗАЩИТНОЕ ЗАНУЛЕНИЕ
— СВЕТОДИОДНЫЕ СВЕТИЛЬНИКИ — ЛУЧШЕ НЕ ПРИДУМАЕШЬ!
— АЛМАЗНАЯ РЕЗКА БЕТОНА И ЖБ КОНСТРУКЦИЙ
Автор — Антон Писарев
В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и непроводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).
Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.
В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.
Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.
Формула Закона Ома
В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.
Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.
Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.
- где
- I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А;
- U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
- R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм.
Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.
С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.
Применение закона Ома на практике
На практике часто приходится определять не силу тока I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.
Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.
Формула Закона Джоуля-Ленца
Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.
Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими с
Онлайн расчёт электрических величин напряжения, тока и мощности для:
участка цепи, полной цепи
с резистивными, ёмкостными и индуктивными
элементами.
— А любите ли Вы закон Ома так, как люблю его я? — спросил учитель физики стоящего рядом с
щитком и разглядывающего свой обугленный палец электрика,
— Всеми силами души Вашей, со всем энтузиазмом и исступлением, к которому только способна пылкая молодость, —
никак не угомонялся он, сверкая из-под очков пытливым взглядом.
— Мужик, ты что, дурак? – вежливо поинтересовался обиженный противоестественным вопросом электрик и пошёл, насвистывая «Калинку-Малинку»
в направлении ближайшего супермаркета — не ради пьянства окаянного, а дабы залечить свой увечный палец.
А тем временем, закон Ома является в электротехнике основным законом, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.
Формулировка закона Ома для участка цепи может быть представлена так: сила тока в проводнике прямо
пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника
и записана в следующем виде:
I=U/R,
где
I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), измеряемая в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах [Ом].
Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид: R=U/I и U=R×I.
Зная любые два из трёх приведённых параметров можно легко произвести расчёт и величины мощности, рассеиваемой на резисторе.
Мощность является функцией протекающего тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам,
также являющимся производными от основной формулы закона Ома:
P(Вт) = U(В)×I(А) = I2(А)×R(Ом) =
U2(В)/R(Ом)
Можно, конечно, описывая закон Ома обойтись и вообще без формул, а вместо них пользоваться словами или картинками:
С другой стороны, формулы настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.
Не заслуживают, так не заслуживают. Калькулятор Вам в помощь, дамы и рыцари!
Считайте, учитывайте размерность, не стирайте из памяти, что:
1В=1000мВ=1000000мкВ;
1А=1000мА=1000000мкА;
1Ом=0.001кОм=0.000001МОм;
1Вт=1000мВт=100000мкВт.
Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатую таблицу, позволяющую в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.
ТАБЛИЦА ДЛЯ ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТОВ ЗАКОНА ОМА.
Вводить в таблицу нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитает таблица.
Все наши расчёты проводились при условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр.
Если это условие не соблюдается, то под величиной R следует принять сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр , после чего закон приобретает солидное название — закон Ома для полной цепи:
I=U/(R+r) .
Для многозвенных цепей возникает необходимость преобразования её к эквивалентному виду:
Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов
определяются исходя из формулы:
1/Rll = 1/R4+1/R5.
А онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких проводников можно найти на странице
ссылка на страницу.
Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.
Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше,
остаётся в силе.
Единственное, что надо иметь в виду для правильной интерпретации закона Ома для переменного тока — под значением U следует
понимать действующее (эффективное) значение амплитуды переменного сигнала.
А что такое действующее значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?
Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.
Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2),
сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы.
Глядя на рисунок можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов — это максимальное значение, которого достигает
амплитуда в пределах положительной, или отрицательной (в наших случаях они равны) полуволны.
Рассчитываем действующее значение напряжение интересующей нас формы:
Для синуса U = Uд = Uа/√2;
для треугольника и пилы U = Uд = Uа/√3;
для меандра U = Uд = Uа.
С этим разобрались!
Теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости
в цепи переменного тока.
В общем случае смотреться это будет так:
А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z,
состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений.
Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока не одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих
трёх элементов обойтись не удаётся, и формула приобретает вид:
Реактивные сопротивления конденсаторов и индуктивностей мы с Вами уже рассчитывали на странице
ссылка на страницу и знаем, что величины эти зависят от частоты, протекающего через них тока
и описываются формулами:
XC = 1/(2πƒС) , XL = 2πƒL .
Нарисуем таблицу для расчёта полного сопротивления цепи для переменного тока.
Количество вводимых элементов должно быть не менее одного, при наличии
индуктивного или емкостного элемента — необходимо указать значение частоты
f !
КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ ОНЛАЙН РАСЧЁТА ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ.
Теперь давайте рассмотрим практический пример применения закона Ома в цепях переменного тока и рассчитаем
простенький бестрансформаторный источник питания.
Токозадающими цепями в данной схеме являются элементы R1 и С1.
Допустим, нас интересует выходное напряжение Uвых = 12 вольт при токе нагрузки 100 мА.
Выбираем стабилитрон Д815Д с напряжением стабилизации 12В и максимально допустимым током стабилизации 1,4А.
Зададимся током через стабилитрон с некоторым запасом — 200мА.
С учётом падения напряжения на стабилитроне, напряжение на токозадающей цепи равно 220в — 12в = 208в.
Теперь рассчитаем сопротивление этой цепи Z для получения тока, равного 200мА: Z = 208в/200мА = 1,04кОм.
Резистор R1 является токоограничивающим и выбирается в пределах 10-100 Ом в зависимости от максимального тока
нагрузки.
Зададимся номиналами R1 — 30 Ом, С1 — 1 Мкф, частотой сети f — 50 Гц и подставим всё это хозяйство в таблицу.
Получили полное сопротивление цепи, равное 3,183кОм. Многовато будет — надо увеличивать ёмкость С1.
Поигрались туда-сюда, нашли нужное значение ёмкости — 3,18 Мкф, при котором Z = 1,04кОм.
Всё — закон Ома выполнил свою функцию, расчёт закончен, всем спать полчаса!
В наши дни электричество играет в жизни человека очень большую роль, в следствие чего базовые знания в области физики и электротехники нужны практически каждому. Напряжение является одной из главных физических величин, которая позволяет объяснить теорию возникновения электрического поля и методы подбора оптимального сечения кабеля для применения его в повседневной жизни.
Что такое напряжение в сети электричества.
Напряжение – это физическая величина, которая характеризует электрическое поле. Иными словами, оно показывает, какую работу оно совершает при перемещении одного положительного заряда на определённое расстояние.
Показатель напряжения на вольтметреЗа единицу напряжения в международной системе принимается такой показатель на концах проводника, при котором заряд в 1 Кл совершает работу в 1 Дж для перемещения его по этому проводнику. Общепринятой единицей измерения напряжения считается 1 В – Вольт.
Важно! Работа измеряется в Джоулях, заряды в Кулонах, а напряжение в Вольтах, следовательно, 1 Вольт равняется 1 Джоулю, деленному на 1 Кулон.
Чему равно напряжение.
Напряжение напрямую связано с работой тока, зарядом и сопротивлением. Чтобы измерить напряжение непосредственно в электрической цепи, к ней нужно подключить вольтметр. Он присоединяется к цепи параллельно, в отличие от амперметра, который подключается последовательно. Зажимы измерительного прибора крепятся к тем точкам, между которыми нужно вычислить напряжение. Чтобы он правильно показал значение, нужно включить цепь. На схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной в кружок.
Изображение вольтметра и электрической цепиНапряжение обозначается латинской [U], а измеряется в [В]. Оно равно работе, которое совершает поле при перемещении единичного заряда. Формула напряжения тока – это U = A/q, где A – работа тока, q – заряд, а U – само напряжение.
Обратите внимание! В отличие от магнитного поля, где заряды неподвижны, в электрическом поле они находятся в постоянном движении.
Электрическое полеФормула закона Ома
Свои опыты Ом направлял на изучение такой физической величины, как сопротивление, в результате чего в 1826 году он стал автором закона, который не потерял совей актуальность вплоть до сегодняшнего дня. Из своих опытов Ом вывел, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью, и происходит это по мере увеличения напряжения.
Также, Ом сделал вывод, что каждый проводник обладает индивидуальными свойствами проводимости.
Сопротивление обозначается заглавной латинской [R] и измеряется в Омах. Сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника оказывать влияние на идущий по нему ток. Оно прямо пропорционально напряжению в сети и обратно пропорционально силе тока. В виде формулы данный закон можно записать как R = U/I, где U – напряжение, а I – сила тока. 1 Ом равняется 1 Вольту, деленному на 1 Ампер.
Запомните! Реостат – прибор, обеспечивающий возможность изменять сопротивление. Прежде всего, он влияет на показатель R в цепи, а, следовательно, на 2 другие величины, описанные в законе Ома. Силу тока может помочь определить амперметр.
Ползунковый реостатИз формулы закона Ома можно вывести практически любую зависимость, связанную с электричеством. Также, существует понятие удельного сопротивления проводника – физической величины, которая демонстрирует, каким сопротивлением будет обладать проводник из определенного вещества. Обозначается эта величина буквой ρ и через неё можно также найти сопротивление в цепи как произведению удельного сопротивления и длины проводника, деленного на площадь его поперечного сечения.
Важно! В виде формулы нахождение сопротивления через удельное сопротивление выглядит так: R = ρ*(l/S), где l – длина проводника, а S – площадь поперечного сечения.
Физический смысл удельного сопротивления показывает, какое влияние будет оказывать проводник длиной в 1 м с площадью поперечного сечения в 1 квадратный мм, изготовленный из определенного вещества. Измеряется в Омах, умноженных на метр: [ρ] = [Ом*м].
Ом и формулаКак найти сопротивление нагрузки
Сопротивление нагрузки обозначается латинскими буквами Rn или Rн. По сути, это является тем же сопротивлением участка цепи и вычисляется также по формулам закона Ома. Нагрузка обозначается символами, которые на электрической схеме изображаются в виде крестиков в кружке – лампочкой; то есть двигатель, лампа, конкретный прибор и т. д.
Каждая нагрузка имеет своё собственное сопротивление. Например, если к сети подключена одна лампочка, то сопротивление нагрузки – показатель этого единственного прибора в цепи. Если к цепи подключено несколько нагрузок, то сопротивление считается суммарно для каждой из них.
Сопротивление нагрузки вычисляется в соответствии с законом Ома, то есть Rn = U/I. Если к сети подключено несколько нагрузок, то оно будет рассчитываться следующим образом: сначала находится сопротивление каждой отдельной «лампочки». Далее Rn вычисляется в зависимости от того, какой тип подключения в цепи: последовательное или параллельное. При параллельном 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/Rn, где n –количество подключенных приборов. Если же соединение последовательное, общее R равно сумме всех R цепи.
Последовательное/параллельное соединенияКак найти с помощью формулы напряжение
Людей, интересующихся электричеством и физикой, всегда волнует вопрос, как найти напряжения, если известны другие характеристики. Его можно найти через многие формулы: в соответствии с законом Ома, через работу тока, путём сложения всех напряжений в электрической цепи и практическим способом – с помощью вольтметра. Как вычислить показатель с помощью последнего способа было описано выше.
Важно! В цепях с последовательным соединением общее напряжение – сумма значений каждой нагрузки. При параллельном соединении общее напряжение равно значению каждой лампочки, у которых оно также эквивалентно.
Измерение напряженияПо каким формулам вычисляется напряжение через работу и сама сила тока, рассказывают на уроках физики, так как эти величины считаются базовыми. Работа тока равна произведению напряжения и заряда: A = U*q. Также, из этой формулы выводится A = U*I*t, так как заряд – произведение силы тока и времени. Из них следует, что U = A/q или U = A/(I*t). Кроме того, одной из основных является формула напряжения, выведенная из закона Ома: U = R/I.
Важно! Определить напряжение можно и через мощность электрического тока. Мощность [P] равна A/t, и, так как A = U*I*t, конечная формула выглядит, как P = (U*I*t)/t. Здесь t сократится, и останется P = U*I, из которой следует, что U = P/I.
Как найти силу тока через сопротивление и напряжение
Сила тока обозначается латинскими [I] или [Y], и она зависит от количества заряда, перенесенного от одного полюса к другому за определенный промежуток времени, т.е. I = q/t. Измеряется сила тока в амперах, а узнать её значение в цепи можно при помощи амперметра.
Мужчина считает силу токаСуществуют формулы определения силы тока через напряжение и сопротивление. В первом случае произведение силы тока на время равняется работе, деленной на напряжение: I*t = A/U, во втором – по закону Ома, I = U/R. Через мощность сила будет равняться P/U.
При последовательном соединении, сила тока одинакова на всех участках цепи, следовательно, равна общему значению в цепи. В противоположном случае сила электрического тока равняется сумме силы тока всех нагрузок.
Таким образом, существует огромное множество формул для нахождения силы тока, напряжения и сопротивления. Они всегда могут пригодиться для теории, а на практике всегда помогут специальные приборы – амперметр и вольтметр.
напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
Избранные любимец 103Основы электричества
Когда вы начинаете изучать мир электричества и электроники, очень важно начать с понимания основ напряжения, тока и сопротивления. Это три основных строительных блока, необходимых для манипулирования и использования электричества. Сначала эти концепции могут быть трудны для понимания, потому что мы не можем их «увидеть».Невозможно увидеть невооруженным глазом энергию, текущую по проводу, или напряжение батареи, сидящей на столе. Даже молния в небе, хотя она и видима, на самом деле является не энергетическим обменом, происходящим из облаков на землю, а реакцией в воздухе на энергию, проходящую через нее. Чтобы обнаружить эту передачу энергии, мы должны использовать измерительные инструменты, такие как мультиметры, анализаторы спектра и осциллографы, чтобы визуализировать, что происходит с зарядом в системе. Не бойтесь, однако, этот учебник даст вам базовое понимание напряжения, тока и сопротивления и того, как эти три связаны друг с другом.
Георг Ом
Охвачено в этом уроке
- Как электрический заряд связан с напряжением, током и сопротивлением.
- Что такое напряжение, ток и сопротивление.
- Что такое закон Ома и как его использовать для понимания электричества.
- Простой эксперимент, чтобы продемонстрировать эти понятия.
Рекомендуемое Чтение
и
и
Электрический заряд
Электричество — это движение электронов.Электроны создают заряд, который мы можем использовать для работы. Ваша лампочка, стереосистема, телефон и т. Д. — все они используют движение электронов для выполнения работы. Все они работают, используя один и тот же основной источник энергии: движение электронов.
Три основных принципа этого урока могут быть объяснены с помощью электронов или, более конкретно, заряда, который они создают:
- Напряжение представляет собой разницу в заряде между двумя точками.
- Ток — это скорость, с которой течет заряд.
- Сопротивление — это тенденция материала сопротивляться потоку заряда (тока).
Итак, когда мы говорим об этих значениях, мы действительно описываем движение заряда и, следовательно, поведение электронов. Цепь — это замкнутый контур, который позволяет перемещать заряд из одного места в другое. Компоненты в цепи позволяют нам контролировать этот заряд и использовать его для выполнения работы.
Георг Ом был баварским ученым, изучавшим электричество. Ом начинается с описания единицы сопротивления, которая определяется током и напряжением.Итак, начнем с напряжения и пойдем оттуда.
Напряжение
Мы определяем напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками в цепи. Одна точка имеет больше заряда, чем другая. Эта разница в заряде между двумя точками называется напряжением. Он измеряется в вольтах, что, технически, представляет собой разность потенциальной энергии между двумя точками, которая придаст одну джоуль энергии на кулон заряда, который проходит через него (не паникуйте, если это не имеет смысла, все будет объяснено).Устройство «Вольт» названо в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел то, что считается первой химической батареей. Напряжение представлено в уравнениях и схемах буквой «V».
При описании напряжения, тока и сопротивления распространенной аналогией является резервуар для воды. В этой аналогии заряд представлен величиной воды , напряжение представлено давлением воды , а ток представлен потоком воды . Так что для этой аналогии, помните:
- Вода = заряд
- Давление = Напряжение
- Flow = Current
Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте над землей.На дне этого бака есть шланг.
Давление на конце шланга может представлять напряжение. Вода в резервуаре представляет собой заряд. Чем больше воды в баке, тем выше заправка, тем больше давление измеряется на конце шланга.
Мы можем думать об этом аквариуме как о батарее, месте, где мы накапливаем определенное количество энергии, а затем высвобождаем ее. Если мы опустошим наш бак на определенное количество, давление, создаваемое на конце шланга, снизится. Мы можем думать об этом как о снижении напряжения, например, когда фонарик становится тусклее, когда батареи разряжаются.Также уменьшается количество воды, которая будет течь через шланг. Меньшее давление означает, что течет меньше воды, что приводит нас к течению.
Текущий
Мы можем представить количество воды, протекающей через шланг из бака, как текущее. Чем выше давление, тем выше расход и наоборот. С помощью воды мы будем измерять объем воды, протекающей через шланг в течение определенного периода времени.18 электронов (1 кулон) в секунду, проходящих через точку в цепи. Усилители представлены в уравнениях буквой «I».
Предположим теперь, что у нас есть два резервуара, каждый со шлангом, идущим снизу. В каждом баке содержится одинаковое количество воды, но шланг в одном баке уже, чем шланг в другом.
Мы измеряем одинаковое количество давления на конце любого шланга, но когда вода начнет течь, расход воды в резервуаре с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в резервуаре с более широкий шланг.В электрическом смысле ток через более узкий шланг меньше, чем ток через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряда) в баке с помощью более узкого шланга.
Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.
Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга является сопротивлением. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:
- Вода = заряд (измеряется в кулонах)
- Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
- Поток = ток (измеряется в амперах или «Ампер» для краткости)
- Ширина шланга = сопротивление
Сопротивление
Рассмотрим снова наши два резервуара для воды, один с узкой трубой и один с широкой трубой.
Само собой разумеется, что мы не можем разместить столько же объема через узкую трубу, чем более широкую при одном и том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба «сопротивляется» потоку воды через нее, даже если вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.
В электрическом плане это представлено двумя цепями с одинаковыми напряжениями и разными сопротивлениями. Цепь с более высоким сопротивлением позволит пропускать меньше заряда, а значит, цепь с более высоким сопротивлением протекает через нее меньше.18 электронов. Это значение обычно представлено в схемах греческой буквой «& ohm;», которая называется омега, и произносится как «ом».
закон Ома
Объединяя элементы напряжения, тока и сопротивления, Ом разработал формулу:
Где
- В = Напряжение в вольтах
- I = ток в амперах
- R = сопротивление в омах
Это называется законом Ома.Скажем, например, что у нас есть цепь с потенциалом 1 вольт, током 1 А и сопротивлением 1 Ом. Используя закон Ома, мы можем сказать:
Допустим, это представляет наш танк с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 вольт, а «узость» (сопротивление потоку) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам ток (ток) 1 ампер.
Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на бак с узким шлангом. Поскольку шланг уже, его сопротивление потоку выше.Давайте определим это сопротивление как 2 Ом. Количество воды в резервуаре такое же, как и в другом резервуаре, поэтому, используя закон Ома, наше уравнение для резервуара с узким шлангом равно
а какой ток? Поскольку сопротивление больше, а напряжение одинаково, это дает нам значение тока 0,5 А:
Итак, ток ниже в баке с более высоким сопротивлением. Теперь мы можем видеть, что если мы знаем два значения закона Ома, мы можем решить для третьего.Давайте продемонстрируем это с помощью эксперимента.
Эксперимент по закону Ома
Для этого эксперимента мы хотим использовать 9-вольтовую батарею для питания светодиода. Светодиоды хрупкие и могут пропускать через них только определенное количество тока, прежде чем они сгорят. В документации на светодиод всегда будет указан «текущий рейтинг». Это максимальное количество тока, которое может пройти через конкретный светодиод, прежде чем он перегорит.
Необходимые материалы
Для выполнения экспериментов, перечисленных в конце учебника, вам потребуется:
ПРИМЕЧАНИЕ. Светодиоды — это то, что называют «неомическими» устройствами.Это означает, что уравнение для тока, протекающего через сам светодиод, не так просто, как V = IR. Светодиод вводит в цепь то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя количество тока, проходящего через него. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы будем пренебрегать характеристиками тока светодиода и выберем значение резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно 20 мА.
Для этого примера у нас есть батарея на 9 вольт и красный светодиод с номинальным током 20 миллиампер или 0.020 ампер. Чтобы быть в безопасности, мы бы предпочли не управлять светодиодом с максимальным током, а с рекомендуемым током, который указан в его спецификации как 18 мА, или 0,018 ампер. Если мы просто подключим светодиод непосредственно к батарее, значения для закона Ома будут выглядеть следующим образом:
следовательно:
и так как у нас пока нет сопротивления:
Деление на ноль дает нам бесконечный ток! Ну, на практике не бесконечно, но столько, сколько может дать батарея. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через наш светодиод протекал такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:
Мы можем точно так же использовать закон Ома, чтобы определить значение резистора, которое даст нам желаемое значение тока:
следовательно:
подключаем наши ценности:
решение для сопротивления:
Итак, нам нужно сопротивление резистора около 500 Ом, чтобы поддерживать ток через светодиод ниже максимального значения тока.
500 Ом не является обычным значением для готовых резисторов, поэтому вместо этого устройства используется резистор 560 Ом.Вот как выглядит наше устройство, все вместе.
Удачи! Мы выбрали значение резистора, достаточно высокое, чтобы ток через светодиод был ниже его максимального значения, но достаточно низкое, чтобы ток был достаточным, чтобы светодиод был красивым и ярким.
Этот пример светодиодного / токоограничивающего резистора — обычное явление в хобби электронике. Вам часто нужно будет использовать закон Ома, чтобы изменить количество тока, протекающего по цепи. Другой пример этой реализации виден на платах светодиодов LilyPad.
При такой настройке вместо необходимости выбирать резистор для светодиода резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока выполняется без необходимости добавления резистора вручную.
ограничение тока до или после светодиода?
Чтобы сделать все немного сложнее, вы можете разместить ограничитель тока по обе стороны от светодиода, и он будет работать точно так же!
Многие люди, впервые изучающие электронику, сталкиваются с мыслью о том, что ограничивающий ток резистор может находиться по обе стороны от светодиода, и схема все равно будет функционировать в обычном режиме.
Представьте себе реку в непрерывном цикле, бесконечную, круговую, текущую реку. Если бы мы поместили в него плотину, вся река перестала бы течь, а не только одна сторона. Теперь представьте, что мы поместили водяное колесо в реку, которая замедляет течение реки. Не имеет значения, где в круге расположено водяное колесо, оно все равно замедлит течение всей реки .
Это упрощение, так как резистор ограничения тока не может быть размещен где-либо в цепи ; он может быть размещен на по обе стороны от светодиода для выполнения его функции.
Для более научного ответа мы обратимся к Закону напряжения Кирхгофа. Именно из-за этого закона токоограничивающий резистор может идти с любой стороны от светодиода и все еще иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и некоторых проблем с практикой использования KVL, посетите этот веб-сайт.
Ресурсы и дальнейшее развитие
Теперь вы должны понимать понятия напряжения, тока, сопротивления и того, как эти три взаимосвязаны. Поздравляем! Большинство уравнений и законов для анализа цепей могут быть получены непосредственно из закона Ома.Зная этот простой закон, вы понимаете концепцию, лежащую в основе анализа любой электрической цепи!
Эти понятия — только вершина айсберга. Если вы хотите продолжить изучение более сложных приложений закона Ома и проектирования электрических цепей, обязательно ознакомьтесь со следующими учебными пособиями.
,Напряжение
Напряжение — это электрическое давление, которое заставляет электрические заряды (электроны) перемещаться в электрической цепи. Напряжение измеряется в вольтах, сокращенно как «V».
Чтобы понять концепцию напряжения, рассмотрим водяной насос, который качает воду. Насос толкает воду в трубы. Насос действует как напряжение, а вода — как заряд.
Однако не обязательно, чтобы при подаче напряжения электрические заряды протекали (ток).Заряды требуют полного закрытого пути для потока.
Ток
Электрический ток — это количество электронов, протекающих через точку в цепи. Рассмотрим схему, которая помечена буквой «А» в некоторой точке. Количество электронов, которые пройдут через точку «А» в одну секунду, будет током цепи. Вы можете рассматривать ток в цепи как поток воды в трубах.
Ток в цепи вызван напряжением, так же как поток воды в трубах вызван насосом.Электрический ток измеряется в амперах, иногда называемых «амперами». Обозначается буквой «я».
Сопротивление
Сопротивление, как следует из названия, обеспечивает сопротивление электрическому току. Он всегда пытается остановить ток. Каждый материал в мире имеет сопротивление для электрического тока.
Некоторые материалы имеют очень небольшое сопротивление, называемые проводниками. В то время как другие материалы имеют очень высокое сопротивление, они называются изоляторами. Мы используем проводники в цепи, чтобы электрический ток легко проходил.
Сопротивление зависит от структуры материала:
- Если материал имеет больше свободных электронов, таких как металлы, он будет действовать как проводник.
- Если материал имеет меньше свободных электронов, таких как резина, он будет действовать как изолятор.
Соотношение между напряжением, током и сопротивлением
Соотношение между напряжением, током и сопротивлением можно найти из закона Ома:
В = I * R ; Здесь V = напряжение, I = ток, R = сопротивление
См. Закон Ома для получения дополнительной информации.
AC и DC
В цепи протекают два типа тока. Один называется DC (постоянный ток), а другой — AC (переменный ток).
DC — постоянный ток
Постоянный ток — это поток электронов в одном направлении. Хотя величина тока может уменьшаться или увеличиваться, но он всегда будет течь в одном направлении в цепи. Аккумуляторы и зарядное устройство производят т
.напряжение, ток, сопротивление и закон Ома | ОРЕЛ
С возвращением, молодой мастер электроники. В нашем предыдущем блоге мы узнали о скромной схеме и ее месте в нашем мире электроники. Но чтобы понять истинную сущность электричества, нужно понять, как манипулировать и измерять напряжение, ток и сопротивление. Вот тут и появился этот блог. Мы поднялись на самые высокие вершины, чтобы найти правильную аналогию, чтобы объяснить природу работы электричества в цепи. И вместо того, чтобы проводить еще одну водную аналогию, мы подумали, что мы получим немного больше личного, с нашими телами в движении
Напряжение— это все о потенциале
Представь, что просыпаешься утром. Вы лежите в постели, вам нужно еще несколько часов сна, но вы знаете, что пришло время для этой страшной утренней пробежки. Вы знаете, что это хорошо для вас, и вы будете чувствовать себя прекрасно, как только начнете двигаться, но каждое утро вам придется делать выбор. Вы можете либо остаться в кровати и поспать немного дольше, либо встать и начать двигать своим телом.
Это сущность напряжения; все дело в разнице потенциалов.У всех нас есть потенциал, и когда дело доходит до бега, рассматриваемый потенциал делает выбор: бежать или спать. Если вы не решите бежать этим утром, то ваш потенциал будет бездействующим, но если вы это сделаете, то этот потенциал взорвется наружу, побудив вас бежать на несколько миль и заряжая весь оставшийся день.
Напряжение в электричестве
Подобно тому, как может двигаться или нет, напряжение запасается электрической энергией , с возможностью движения .Именно эта сила напряжения заставляет электроны течь в цепи и поддерживает их работу час за часом.
Voltage повсюду просто ждет, когда мы сможем раскрыть его потенциал. Посмотрите на каждую неиспользуемую розетку в вашем доме — в этих розетках гудит напряжение, готовое сделать для вас работу. Но, как и при выборе запуска, у вас есть выбор, подключить ли этот источник напряжения к вашей розетке. Если оставить его в покое, напряжение останется на прежнем уровне, никогда не реализовав свой полный потенциал.
В электрической цепи напряжение измеряется путем нахождения так называемой разности потенциалов между двумя точками с помощью мультиметра. Возьмите 9-вольтовую батарею, например, если вы измеряете положительный и отрицательный концы, вы получите разность потенциалов в 9 вольт (или близко к ней). Положительный конец измеряется при 9В, а отрицательный конец измеряется при 0В. Минус два числа, и вы получите вашу потенциальную разницу.
Вы можете использовать мультиметр для быстрого измерения напряжения или разности потенциалов в батарее.(Источник изображения)
Напряжение существует в двух различных формах: напряжение постоянного тока (постоянного тока), которое обеспечивает постоянный поток отрицательного электричества, или напряжение переменного тока (переменного тока), которое непрерывно переключается с отрицательного на положительное. Вот символы, которые вы хотите найти на схеме для постоянного напряжения, переменного напряжения и батареи:
Вот некоторые символы напряжения, на которые следует обратить внимание в следующей схеме — батареи, постоянный ток и переменный ток.
Отец напряжения — Алессандро Вольта
Человек часа, которому приписывают обнаружение напряжения — Алессандро Вольта (Источник изображения)
Первым человеком, обнаружившим напряжение, был итальянский физик Алессандро Вольта.Он также обнаружил массу других интересных вещей, в том числе:
- Обнаружив, что если вы смешиваете метан с воздухом, вы можете создать электрическую искру, которая положила начало известному ныне двигателю внутреннего сгорания.
- Обнаружение того, что электрический потенциал, накопленный в конденсаторе, пропорционален его электрическому заряду.
- Вольте также приписывают создание первой электрической батареи, названной Вольтовой кучей, которая позволила ученым того времени создавать устойчивый поток электронов.
Пример Voltaic Pile, впервые созданный Volta, позволяющий ученым создавать устойчивый поток электронов. (Источник изображения)
Вольта был не без его причуд, однако. Пока ему не исполнилось четыре года, он не говорил ни слова, и его родители боялись, что он либо умственно отсталый. Хорошо, что они ошиблись!
Ток — в потоке
Возвращаясь к нашей беговой аналогии, представьте, что вы выбрали утреннюю пробежку.На вас надеты ботинки и шорты для бега, и вы выходите за дверь, чтобы отправиться в путь. В этот момент у вас есть движение, когда вы начинаете бег, поток.
В наших телах течет движение. Кто знал, что электричество может быть таким личным?
Может быть, час в вашем беге, и вы начинаете действовать, готовый бежать за мили. Когда вы бежите, ваши умные часы точно измеряют, как далеко вы прошли и как быстро вы путешествовали. Этот процесс запуска и измерения процесса — вот что такое Current .
Ток в электричестве
Подобно принятию мер для завершения утренней пробежки, ток — это постоянное движение или поток электричества в цепи . Электрический ток, протекающий через вашу цепь, всегда измеряется в амперах или амперах. Но что заставляет этот поток двигаться?
Это напряжение, о котором мы говорили ранее. Точно так же, как вы должны сказать себе, чтобы продолжать работать после того, как вы устали, напряжение является движущей силой тока, которая заставляет его двигаться.Есть две школы мысли о том, как ток течет в цепи; Обычный поток или Электронный поток , давайте посмотрим на оба:
Традиционный поток — Традиционный поток был первым, в период научного открытия, когда люди не понимали электроны и то, как они текут по кругу. В рамках этой модели предполагалось, что электричество течет от положительного к отрицательному.
Обычный поток с электричеством, текущим от положительной к отрицательной стороне батареи .
Вы все еще увидите, что этот менталитет используется сегодня в схемах, и хотя он не совсем точен, его немного легче понять, чем Electron Flow. В конце концов, если мы вернемся к нашей действующей аналогии, вы начнете с положительного источника энергии и будете бежать до тех пор, пока у вас не закончится энергия. Это позитивно для негативных отношений, как и многие вещи в жизни.
Электронный поток — Электронный поток был следствием обычного потока. Эта модель точно изображает электроны, движущиеся в противоположном направлении, от отрицательного к положительному.Поскольку электроны отрицательны по самой своей природе, они всегда будут вытекать из отрицательного и бесконечно пытаться найти свой путь к положительной стороне низкого напряжения источника питания.
И более текущий поток электронов, причем электроны текут, как они делают в действительности, от отрицательного к положительному.
Имеет ли значение, каким образом вы отображаете ток, протекающий в цепи? На самом деле, нет. Вы, вероятно, увидите, что он представлен в обоих направлениях, если взглянуть на различные схемы.Посмотрите на диоды или транзисторы в следующей схеме, которую вы исследуете; все они будут указывать в направлении обычного потока.
Человек позади течения — Андре-Мари Ампер
Андре-Мари Ампер, человек с самообразованием человек, достигших гораздо большего, чем просто открытие Ампера. (Источник изображения)
Ампер был французским физиком и математиком, а также одним из основоположников науки классического электромагнетизма. Вы можете поблагодарить Ampere за некоторые замечательные вещи, в том числе:
- Его главное открытие демонстрирует, что провод, несущий электрический ток, может либо притягивать, либо отталкивать другой провод, у которого также есть ток, протекающий через него, без использования физических магнитов.
- Он также был первым, кто выдвинул идею существования частицы, которую мы все широко признаем электроном.
- Он также организовал химические элементы по их свойствам в периодической таблице за полвека до появления современной современной периодической таблицы.
Интересная информация об образовании Ампера — у него не было формального образования! Вместо этого его отец позволил ему делать все, что ему угодно, учиться чему угодно. Хотя это может вызвать лень и чрезмерную игру в видеоигры у всех нас, Ампер обнаружил естественную любовь к знаниям, пожирая как можно больше книг из семейной библиотеки и даже запоминая страницы из энциклопедии.
Сопротивление — это материальный мир
Наша последняя концепция — Сопротивление. Представьте себя на беговой дорожке, по какой поверхности вы бежите? Если вам повезет, то вы можете путешествовать по мягкой траве или грязной дорожке. Или, может быть, вы предпочитаете твердость улицы или тротуара. Но что, если он начнет литься снаружи? Тогда вы можете застрять в густой грязи
Независимо от того, по какому пути вы бежите, ваши ноги встречают некоторое сопротивление, когда вы продолжаете двигаться вперед.Естественно, не все пути сопротивления созданы равными. Пробежка по грязи значительно повышает вашу способность бегать по сравнению с бегом по грунтовой дорожке или улице. В этом и заключается сопротивление, натяжение материального мира.
Сопротивление в электричестве
Какой бы материал ни проходил через электричество, он столкнется с некоторым трением, которое сопротивляется его движению. Проще говоря, сопротивление замедляет ток . В то время как в электрической цепи есть определенные компоненты, такие как резистор, чья единственная работа заключается в сопротивлении электричеству, любой физический материал будет оказывать некоторое сопротивление.
Сопротивление измеряется в омах, и оно напрямую связано с током и напряжением. Вот простой пример: чем больше сопротивление, тем меньше ток, который может проходить по цепи. Это похоже на бег, чем гуще грязь, тем медленнее вы бежите. Обратное также работает, если вы поднимете напряжение, чтобы ваш ток двигался быстрее, чем ваше сопротивление будет меньше влиять на вашу цепь.
Мастер сопротивления — Георг Симон Ом
Георг Ом — человек, который объединил напряжение, , ток и сопротивление в ныне знаменитом законе Ома.(Источник изображения)
Г-н Ом был немецким физиком и математиком, и в то время, когда он работал школьным учителем, он начал свои исследования с использованием новой электрической батареи, изобретенной Вольтой. Со своим собственным оборудованием Ом смог обнаружить, что существует прямая связь между напряжением, приложенным к проводнику (например, медному проводу), и его результирующим электрическим током. Это стало известно как теперь известный Закон Ома, на который мы все полагаемся сегодня.
Интересно отметить, что Ом представил свои выводы в своей первой книге — «Гальваническая цепь исследована математически», но колледж, в котором он работал в то время, не заботился об этом.Так что же сделал Ом? Он подал в отставку и получил новую работу в Политехнической школе Нюрнберга. Именно здесь его работа, к счастью, получила то внимание, которого заслуживала.
Собираем все вместе с законом Ома
Хорошо, теперь пришло время объединить все наши концепции. Вот с чем нам нужно работать:
- Напряжение (В) — в котором хранится электричество, которое может двигаться. Когда этот потенциал активирован, то напряжение действует как своего рода давление, проталкивающее ток вдоль цепи.
- Ток (I) — поток электричества в цепи. Это можно измерить непосредственно в амперах, и есть две точки зрения на то, как протекает ток — обычный поток и поток электронов.
- Сопротивление (R) — Это сопротивление, с которым сталкивается электричество, просто проходя через некоторый физический материал. Это измеряется в омах.
Собрав все это вместе, мы приходим к закону Ома:
В этом уравнении V = напряжение, I = ток и R = сопротивление.Гибкость закона Ома впечатляет и может использоваться для поиска любого из этих трех значений, когда известны только два из них. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это работает.
с использованием треугольника Ома
Проверьте Треугольник Ома ниже. Он предоставляет простое наглядное представление о том, как вы можете манипулировать законом Ома, чтобы получить ответы, которые вам нужны. Чтобы использовать его, все, что вам нужно сделать, это прикрыть букву значения, которое вам нужно выяснить, а остальные буквы показывают, как туда добраться.
Треугольник Ома, ваш удобный инструмент, чтобы точно определить, какой вариант закона Ома необходимо использовать.
Взгляните на схему ниже. У нас есть батарея 9В, подключенная к светодиоду и резистору. Единственная проблема заключается в том, что нам нужно выяснить, какова величина резистора.
Наша практика, чтобы получить представление о Законе Ома. Мы можем использовать известные ампер и вольт, чтобы получить значение резистора.
Для этого давайте посмотрим на наш треугольник Ома.Покрывая R, мы можем видеть, что у нас есть V над I или V, деленное на I. Итак, разделив эти два числа, мы получим значение нашего резистора. Давайте вставим эти числа в это уравнение: R = V / I.
- Начнем с самого очевидного, напряжение нашей батареи составляет 9 вольт.
- Глядя на таблицу для нашего светодиода, мы видим максимальный предложенный ток 16 мА (миллиампер), который преобразуется в 0,016 ампер.
- Включение этих двух чисел в наше уравнение дает нам R = 9V / 0.016A, что равно 473,68. Это означает, что для включения светодиода нам нужен резистор 473 Ом!
Сопротивление бесполезно
Понимание того, как напряжение, ток и сопротивление работают вместе, не так уж сложно, не так ли? В следующий раз, когда вы отправитесь на утреннюю пробежку, мы надеемся, что у вас будет новый взгляд на электричество. Почувствуйте, как ваши ноги летят по асфальту или грязи, и запомните это сопротивление. И когда вы проверяете, как далеко вы бежали, вы наблюдаете течение в движении! И та сила, которая вытащила тебя из постели и заставила тебя бежать? Напряжение.
Готовы сделать свой первый кругооборот сегодня? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно!
,ЗаконОм | Электрические цепи
11,2 закона Ома (ESBQ6)
Три величины, которые являются основными для электрических цепей: ток , напряжение (разность потенциалов) и сопротивление . Напомним:
Электрический ток, \ (I \), определяется как скорость потока заряда через цепь.
Разность потенциалов или напряжение, \ (V \), это количество энергии на единицу заряда, необходимое для перемещения этого заряда между двумя точками в цепи.
Сопротивление, \ (R \), является мерой того, насколько «трудно» протолкнуть ток через элемент цепи.
Теперь мы рассмотрим, как эти три величины связаны друг с другом в электрических цепях.
Георг Саймон Ом обнаружил важную взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением в цепи, и он называется Закон Ома .
- Закон Ома
Количество электрического тока через металлический проводник при постоянной температуре в цепи пропорционально напряжению на проводнике и может быть описано
\ (I = \ frac {V} {R} \)где \ (I \) — ток через проводник, \ (V \) — напряжение на проводнике, а \ (R \) — сопротивление проводника.Другими словами, при постоянной температуре сопротивление проводника постоянно, независимо от напряжения, приложенного к нему, или тока, пропущенного через него.
Ом говорит нам, что если проводник находится при постоянной температуре, ток, протекающий через проводник, прямо пропорционален напряжению на нем. Это означает, что если мы нанесем напряжение на ось x графика и ток на ось y графика, мы получим прямую линию.
Градиент линейного графика связан с сопротивлением проводника как \ [\ frac {I} {V} = \ frac {1} {R}.\] Это можно переставить с точки зрения постоянного сопротивления как: \ [R = \ frac {V} {I}. \]
ЗаконОма
Цель
Чтобы определить соотношение между током, проходящим через резистор, и разностью потенциалов (напряжением) на том же резисторе.
Аппарат
4 ячейки, 4 резистора, амперметр, вольтметр, соединительные провода
Метод
Этот эксперимент состоит из двух частей. В первой части мы будем изменять приложенное напряжение на резисторе и измерять результирующий ток через цепь.Во второй части мы будем изменять ток в цепи и измерять результирующее напряжение на резисторе. После получения обоих наборов измерений мы рассмотрим взаимосвязь между током и напряжением на резисторе.
Изменение напряжения:
Настройте схему в соответствии со схемой 1), начиная с одной ячейки.
Нарисуйте следующую таблицу в своей лабораторной книге.
Количество ячеек
Напряжение, В (\ (\ text {V} \))
Ток, I (\ (\ text {A} \))
\ (\ text {1} \)
\ (\ text {2} \)
\ (\ text {3} \)
\ (\ text {4} \)
Попросите своего учителя проверить схему перед включением питания.
Измерьте напряжение на резисторе с помощью вольтметра и ток в цепи с помощью амперметра.
Добавьте еще одну ячейку \ (\ text {1,5} \) \ (\ text {V} \) в схему и повторите измерения.
Повторяйте, пока у вас не будет четырех ячеек, и вы не закончили свой стол.
В зависимости от тока:
Настройте цепь в соответствии с принципиальной схемой 2), начиная только с 1 резистором в цепи.
Нарисуйте следующую таблицу в своей лабораторной книге.
Напряжение, В (\ (\ text {V} \))
Ток, I (\ (\ text {A} \))
Пусть ваш учитель проверит вашу схему перед включением питания.
Измерьте ток и измерьте напряжение на одном резисторе.
Теперь добавьте еще один резистор в цепь и снова измерьте ток и напряжение только на оригинальном резисторе. Продолжайте добавлять резисторы до тех пор, пока у вас их не будет четыре, но не забывайте каждый раз измерять только напряжение на оригинальном резисторе. Введите измеренные значения в таблицу.
Анализ и результаты
Используя данные, записанные в первой таблице, нарисуйте график зависимости тока от напряжения.Поскольку напряжение — это переменная, которую мы непосредственно меняем, она является независимой переменной и будет нанесена на ось \ (x \) -. Ток является зависимой переменной и должен быть нанесен на ось \ (y \).
Используя данные, записанные во второй таблице, нарисуйте график зависимости напряжения от тока. В этом случае независимой переменной является ток, который должен быть нанесен на ось \ (x \) -, а напряжение является зависимой переменной и должен быть нанесен на ось \ (y \).
Выводы
Изучите график, который вы сделали из первой таблицы. Что происходит с током через резистор, когда напряжение на нем увеличивается? т.е. увеличивается или уменьшается?
Изучите график, который вы сделали из второй таблицы. Что происходит с напряжением на резисторе, когда ток увеличивается через резистор? т.е. увеличивается или уменьшается?
Ваши экспериментальные результаты подтверждают закон Ома? Объясните.
Вопросы и обсуждение
- Для каждого из ваших графиков рассчитайте градиент и по нему определите сопротивление исходного резистора. Получаете ли вы одно и то же значение при расчете его для каждого из ваших графиков?
Как бы вы нашли сопротивление неизвестного резистора, используя только источник питания, вольтметр и известный резистор \ (R_0 \)?
Вы можете сделать это! Позвольте нам помочь вам учиться умнее для достижения ваших целей.Практика Siyavula поможет вам в вашем собственном темпе, когда вы будете задавать вопросы онлайн.
Зарегистрируйтесь, чтобы улучшить свои оценкиOhm’s Law
Упражнение 11.1Постройте график напряжения (по оси X) и тока (по оси Y).
Какой тип графика вы получаете (прямая, парабола, другая кривая)
прямая линия
Рассчитайте градиент графика.
Градиент графика (\ (м \)) — это изменение тока, деленное на изменение напряжения:
\ Начать {*} Align m & = \ frac {\ Delta I} {\ Delta V} \\ & = \ frac {(\ text {1,6}) — (\ text {0,4})} {(\ text {12}) — (\ text {3})} \\ & = \ text {0,13} \ Конец {*} выравниваниеВаши экспериментальные результаты подтверждают закон Ома? Объясните.
Да. Прямой график получается, когда мы строим график зависимости напряжения от тока.
Как бы вы могли найти сопротивление неизвестного резистора, используя только источник питания, вольтметр и известный резистор \ (R_ {0} \)?
Вы начинаете с подключения известного резистора в цепи с источником питания. Теперь вы читаете напряжение источника питания и записываете это.
Далее вы подключаете два резистора последовательно.Теперь вы можете проводить измерения напряжения для каждого из резисторов.
Итак, мы можем найти напряжения для двух резисторов. Теперь отметим, что:
\ [V = IR \]Таким образом, используя это и тот факт, что для последовательно включенных резисторов, ток в цепи одинаков, мы можем найти неизвестное сопротивление.
\ Начать {*} Align V_ {0} & = IR_ {0} \\ Я & = \ frac {V_ {0}} {R_ {0}} \\ V_ {U} & = IR_ {U} \\ Я & = \ frac {V_ {U}} {R_ {U}} \\ \ frac {V_ {U}} {R_ {U}} & = \ frac {V_ {0}} {R_ {0}} \\ \ следовательно R_ {U} & = \ frac {V_ {U} R_ {0}} {V_ {0}} \ Конец {*} выравниваниеОмические и неомические проводники (ESBQ7)
Проводники, которые подчиняются закону Ома, имеют постоянное сопротивление при изменении напряжения на них или увеличении тока через них.Эти проводники называются омическими проводниками. График зависимости тока от напряжения на этих проводниках будет прямолинейным. Некоторыми примерами омических проводников являются резисторы цепи и нихромовые провода.
Как вы видели, когда мы говорим о законе Ома, есть упоминание о постоянной температуре и . Это связано с тем, что сопротивление некоторых проводников изменяется при изменении их температуры. Эти типы проводников называются неомическими проводниками , потому что они не подчиняются закону Ома.Лампочка является распространенным примером неомного проводника. Другими примерами неомных проводников являются диоды и транзисторы.
В лампочке сопротивление нити накала резко возрастет, так как она нагревается от комнатной температуры до рабочей температуры. Если мы увеличиваем напряжение питания в реальной цепи лампы, результирующее увеличение тока вызывает повышение температуры нити накала, что увеличивает ее сопротивление. Это эффективно ограничивает увеличение тока.В этом случае напряжение и ток не подчиняются закону Ома.
Феномен изменения сопротивления при изменении температуры характерен почти для всех металлов, из которых изготовлено большинство проводов. Для большинства применений эти изменения сопротивления достаточно малы, чтобы их можно было игнорировать. При применении металлических ламп накаливания, которые сильно повышаются по температуре (примерно до \ (\ text {1 000} \) \ (\ text {℃} \) и, начиная с комнатной температуры), изменение довольно велико.
В общем случае для неомных проводников график зависимости напряжения от тока не будет прямолинейным, что указывает на то, что сопротивление не является постоянным для всех значений напряжения и тока.
Включен рекомендуемый эксперимент для неформальной оценки. В этом эксперименте учащиеся получат данные о токе и напряжении для резистора и лампочки и определят, какой из них следует закону Ома. Вам понадобятся лампочки, резисторы, соединительные провода, источник питания, амперметр и вольтметр. Учащиеся должны обнаружить, что резистор подчиняется закону Ома, а лампочка — нет.
Омические и неомические проводники
Цель
Чтобы определить, подчиняются ли два элемента схемы (резистор и лампочка) закону Ома
Аппарат
4 ячейки, резистор, лампочка, соединительные провода, вольтметр, амперметр
Метод
Две схемы, показанные на диаграммах выше, одинаковы, за исключением того, что в первом есть резистор, а во втором — лампочка.Установите обе схемы выше, начиная с 1 ячейки. Для каждой цепи:
Измерьте напряжение на элементе цепи (резисторе или лампочке) с помощью вольтметра.
Измерьте ток в цепи с помощью амперметра.
Добавьте еще одну ячейку и повторяйте измерения, пока в вашей цепи не будет 4 ячейки.
результатов
Нарисуйте две таблицы, которые выглядят следующим образом в вашей книге.У вас должна быть одна таблица для измерений первой цепи с резистором и другая таблица для измерений второй цепи с лампочкой.
Количество ячеек | Напряжение, В (\ (\ text {V} \)) | Ток, I (\ (\ text {A} \)) |
\ (\ text {1} \) | ||
\ (\ text {2} \) | ||
\ (\ text {3} \) | ||
\ (\ text {4} \) |
Анализ
Используя данные из ваших таблиц, нарисуйте два графика зависимости \ (I \) (\ (y \) — ось) от\ (V \) (\ (x \) — ось), один для резистора и один для лампочки.
Вопросы и обсуждение
Внимательно изучите свои графики и ответьте на следующие вопросы:
Как должен выглядеть график \ (I \) и \ (V \) для проводника, который подчиняется закону Ома?
Один или оба ваших графика выглядят так?
Что вы можете сделать вывод о том, подчиняются ли резистор и / или лампочка закону Ома?
Является ли лампочка омическим или неомическим проводником?
Использование закона Ома (ESBQ8)
Теперь мы готовы увидеть, как закон Ома используется для анализа цепей.
Рассмотрим схему с ячейкой и омическим резистором R. Если резистор имеет сопротивление \ (\ text {5} \) \ (\ text {Ω} \) и напряжение на резисторе равно \ (\ text { 5} \) \ (\ text {V} \), тогда мы можем использовать закон Ома для расчета тока, протекающего через резистор. Наша первая задача — нарисовать принципиальную схему. При решении любой проблемы с электрическими цепями очень важно составить диаграмму схемы перед выполнением любых расчетов. Принципиальная схема для этой проблемы выглядит следующим образом:
Уравнение для закона Ома: \ [R = \ frac {V} {I} \]
, который можно переставить в: \ [I = \ frac {V} {R} \]
Ток, протекающий через резистор:
\ begin {align *} Я & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {\ text {5} \ text {V}} {\ text {5} \ Omega} \\ & = \ text {1} \ text {A} \ end {align *}
Рабочий пример 1: Закон Ома
Изучите принципиальную схему ниже:
Сопротивление резистора равно \ (\ text {10} \) \ (\ text {Ω} \), а ток, проходящий через резистор, равен \ (\ text {4} \) \ (\ text {A} \ ).Какова разность потенциалов (напряжение) на резисторе?
Определите, как подойти к проблеме
Нам даны сопротивление резистора и ток, проходящий через него, и мы просим рассчитать напряжение на нем. Мы можем применить закон Ома к этой проблеме, используя: \ [R = \ frac {V} {I}. \]
Решить проблему
Переставьте приведенное выше уравнение и подставьте известные значения для \ (R \) и \ (I \), чтобы найти \ (V \). \ Начать {*} Align R & = \ frac {V} {I} \\ R \ times I & = \ frac {V} {I} \ times I \\ V & = I \ times R \\ & = \ text {10} \ times \ text {4} \\ & = \ text {40} \ text {V} \ end {align *}
Написать окончательный ответ
Напряжение на резисторе равно \ (\ text {40} \) \ (\ text {V} \).
Вы можете сделать это! Позвольте нам помочь вам учиться умнее для достижения ваших целей. Практика Siyavula поможет вам в вашем собственном темпе, когда вы будете задавать вопросы онлайн.
Зарегистрируйтесь, чтобы улучшить свои оценкиOhm’s Law
Упражнение 11.2Рассчитать сопротивление резистора с разностью потенциалов \ (\ text {8} \) \ (\ text {V} \) через него при токе \ (\ text {2} \) \ (\ text {A} \) протекает через него. Нарисуйте принципиальную схему перед выполнением расчета.
Сопротивление неизвестного резистора составляет:
\ Начать {*} Align R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {8} {2} \\ & = \ text {4} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеКакой ток будет течь через резистор \ (\ text {6} \) \ (\ text {Ω} \), когда существует разность потенциалов \ (\ text {18} \) \ (\ text {V} \) через свои концы? Нарисуйте принципиальную схему перед выполнением расчета.
Сопротивление неизвестного резистора составляет:
\ Начать {*} Align Я & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {18} {6} \\ & = \ text {3} \ text {A} \ Конец {*} выравниваниеКакое напряжение на резисторе \ (\ text {10} \) \ (\ text {Ω} \) при токе \ (\ text {1,5} \) \ (\ text {A} \) течет хоть это? Нарисуйте принципиальную схему перед выполнением расчета.
Сопротивление неизвестного резистора составляет:
\ Начать {*} Align V & = I \ cdot R \\ & = (\ text {1,5}) (10) \\ & = \ text {15} \ text {V} \ Конец {*} выравниваниеРезюме резисторов последовательно и параллельно (ESBQ9)
В 10 классе вы узнали об резисторах и познакомились с цепями, в которых резисторы были включены последовательно и параллельно.В последовательной цепи есть один путь, по которому течет ток. В параллельной цепи есть несколько путей, по которым течет ток.
Когда в цепи более одного резистора, мы обычно можем рассчитать общее суммарное сопротивление всех резисторов. Это известно как эквивалентное сопротивление .
Эквивалентное сопротивление серии
В цепи, в которой резисторы соединены последовательно, эквивалентное сопротивление — это просто сумма сопротивлений всех резисторов.
- Эквивалентное сопротивление в последовательной цепи,
Для n последовательных резисторов эквивалентное сопротивление составляет:
\ [R_ {s} = R_ {1} + R_ {2} + R_ {3} + \ ldots + R_ {n} \]
Давайте применим это к следующей схеме.
Резисторы последовательно, следовательно:
\ Начать {*} Align R_ {s} & = R_ {1} + R_ {2} + R_ {3} \\ & = \ text {3} \ text {Ω} + \ text {10} \ text {Ω} + \ text {5} \ text {Ω} \\ & = \ text {18} \ text {Ω} \ end {align *}Эквивалентное параллельное сопротивление
В цепи, в которой резисторы соединены параллельно, эквивалентное сопротивление определяется следующим определением.
- Эквивалентное сопротивление в параллельной цепи
Для \ (n \) параллельных резисторов эквивалентное сопротивление равно:
\ [\ frac {1} {R_ {p}} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} + \ ldots + \ frac {1} {R_ {n}} \]
Давайте применим эту формулу к следующей схеме.
Какое полное (эквивалентное) сопротивление в цепи?
\ Начать {*} Align \ frac {1} {R_ {p}} & = \ left (\ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3} } \право) \\ & = \ left (\ frac {1} {\ text {10} \ text {Ω}} + \ frac {1} {\ text {2} \ text {Ω}} + \ frac {1} {\ text { 1} \ text {Ω}} \ right) \\ & = \ left (\ frac {\ text {1} \ text {Ω} + \ text {5} \ text {Ω} + \ text {10} \ text {Ω}} {\ text {10} \ text { Ω}} \ right) \\ & = \ left (\ frac {\ text {16} \ text {Ω}} {\ text {10} \ text {Ω}} \ right) \\ R_ {p} & = \ text {0,625} \ text {Ω} \ end {align *}Последовательное и параллельное сопротивление
Упражнение 11.3Два \ (\ text {10} \) \ (\ text {kΩ} \) резистора соединены последовательно. Рассчитайте эквивалентное сопротивление.
Поскольку резисторы включены последовательно, мы можем использовать:
\ [R_ {s} = R_ {1} + R_ {2} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align R_ {s} & = R_ {1} + R_ {2} \\ & = \ text {10} \ text {kΩ} + \ text {10} \ text {kΩ} \\ & = \ text {20} \ text {kΩ} \ Конец {*} выравниваниеДва резистора соединены последовательно.Эквивалентное сопротивление равно \ (\ text {100} \) \ (\ text {Ω} \). Если одним резистором является \ (\ text {10} \) \ (\ text {Ω} \), рассчитайте значение второго резистора.
Поскольку резисторы включены последовательно, мы можем использовать:
\ [R_ {s} = R_ {1} + R_ {2} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align R_ {s} & = R_ {1} + R_ {2} \\ R_ {2} & = R_ {s} — R_ {1} \\ & = \ text {100} \ text {Ω} — \ text {10} \ text {Ω} \\ & = \ text {90} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеДва \ (\ text {10} \) \ (\ text {kΩ} \) резисторы соединены параллельно.Рассчитайте эквивалентное сопротивление.
Поскольку резисторы расположены параллельно, мы можем использовать:
\ [\ frac {1} {R_ {p}} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \\ & = \ frac {1} {\ text {100}} + \ frac {1} {\ text {10}} \\ & = \ frac {1 + 10} {\ text {100}} \\ & = \ frac {11} {\ text {100}} \\ R_ {p} & = \ text {9,09} \ text {kΩ} \ Конец {*} выравниваниеДва резистора соединены параллельно.Эквивалентное сопротивление равно \ (\ text {3,75} \) \ (\ text {Ω} \). Если у одного резистора есть сопротивление \ (\ text {10} \) \ (\ text {Ω} \), каково сопротивление второго резистора?
Поскольку резисторы расположены параллельно, мы можем использовать:
\ [\ frac {1} {R_ {p}} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \\ \ frac {1} {R_ {2}} & = \ frac {1} {R_ {p}} — \ frac {1} {R_ {1}} \\ & = \ frac {1} {\ text {3,75}} — \ frac {1} {\ text {10}} \\ & = \ frac {\ text {10} — \ text {3,75}} {\ text {37,5}} \\ & = \ frac {\ text {6,25}} {\ text {37,5}} \\ R_ {2} & = \ text {6} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеРассчитайте эквивалентное сопротивление в каждой из следующих цепей:
а) Резисторы расположены параллельно, поэтому мы используем:
\ [\ frac {1} {R_ {p}} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} \\ & = \ frac {1} {\ text {3}} + \ frac {1} {\ text {2}} \\ & = \ frac {\ text {2} + \ text {3}} {\ text {6}} \\ & = \ frac {\ text {5}} {\ text {6}} \\ R & = \ text {1,2} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеб) Резисторы расположены параллельно, поэтому мы используем:
\ [\ frac {1} {R_ {p}} = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} + \ гидроразрыва {1} {R_ {4}} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align \ frac {1} {R_ {p}} & = \ frac {1} {R_ {1}} + \ frac {1} {R_ {2}} + \ frac {1} {R_ {3}} + \ frac {1} {R_ {4}} \\ & = \ frac {1} {\ text {2}} + \ frac {1} {\ text {3}} + \ frac {1} {\ text {4}} + \ frac {1} {\ text { 1}} \\ & = \ frac {\ text {6} + \ text {4} + \ text {3} + \ text {12}} {\ text {12}} \\ & = \ frac {\ text {25}} {\ text {12}} \\ R & = \ text {0,48} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеc) Резисторы включены последовательно, и поэтому мы используем:
\ [R_ {s} = R_ {1} + R_ {2} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align R_ {s} & = R_ {1} + R_ {2} \\ & = \ text {2} \ text {Ω} + \ text {3} \ text {Ω} \\ & = \ text {5} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеd) Резисторы включены последовательно, и поэтому мы используем:
\ [R_ {s} = R_ {1} + R_ {2} + R_ {3} + R_ {4} \]Эквивалентное сопротивление:
\ Начать {*} Align R_ {s} & = R_ {1} + R_ {2} + R_ {3} + R_ {4} \\ & = \ text {2} \ text {Ω} + \ text {3} \ text {Ω} + \ text {4} \ text {Ω} + \ text {1} \ text {Ω} \\ & = \ text {10} \ text {Ω} \ Конец {*} выравниваниеИспользование закона Ома в последовательных и параллельных цепях (ESBQB)
Используя определения эквивалентного сопротивления для резисторов, включенных последовательно или параллельно, мы можем проанализировать некоторые схемы с этими настройками.
Схемы серииРассмотрим схему, состоящую из трех резисторов и одна ячейка соединена последовательно.
Первый принцип, который нужно понять о последовательных цепях, заключается в том, что величина тока одинакова во всех компонентах схемы. Это потому, что есть только один путь для электронов течь в последовательной цепи. По тому, как подключена батарея, мы можем определить, в каком направлении будет течь ток. Мы знаем, что ток течет от положительного к отрицательному условно.Обычный ток в этой цепи будет течь по часовой стрелке, от точки A до B, от C до D и обратно до A.
Мы знаем, что в последовательной цепи ток должен быть одинаковым во всех компонентах. Итак, мы можем написать:
\ [I = I_ {1} = I_ {2} = I_ {3}. \]Мы также знаем, что общее напряжение цепи должно быть равно сумме напряжений на всех трех резисторах. Итак, мы можем написать:
\ [V = V_ {1} + V_ {2} + V_ {3} \]Используя эту информацию и то, что мы знаем о последовательном расчете эквивалентного сопротивления резисторов, мы можем подойти к некоторым схемным проблемам.
Рабочий пример 2: Закон Ома, последовательная схема
Рассчитайте ток (I) в этой цепи, если оба резистора имеют омическую природу.
Определите, что требуется
Нам необходимо рассчитать ток, протекающий в цепи.
Определите, как подойти к проблеме
Поскольку резисторы омические по своей природе, мы можем использовать закон Ома. Однако в схеме есть два резистора, и нам нужно найти полное сопротивление.
Найти полное сопротивление в цепи
Поскольку резисторы включены последовательно, общее (эквивалентное) сопротивление R составляет:
\ [R = R_ {1} + R_ {2} \]Следовательно,
\ Начать {*} Align R & = \ text {2} + \ text {4} \\ & = \ text {6} \ text {Ω} \ end {align *}Применим закон Ома
\ begin {align *} R & = \ frac {V} {I} \\ R \ times \ frac {I} {R} & = \ frac {V} {I} \ times \ frac {I} {R} \\ Я & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {12} {6} \\ & = \ text {2} \ text {A} \ end {align *}
Написать окончательный ответ
Ток \ (\ text {2} \) \ (\ text {A} \) течет в цепи.
Рабочий пример 3: Закон Ома, последовательная схема
Два омических резистора (\ (R_ {1} \) и \ (R_ {2} \)) соединены последовательно с ячейкой. Найти сопротивление \ (R_ {2} \), учитывая, что ток, протекающий через \ (R_ {1} \) и \ (R_ {2} \), равен \ (\ text {0,25} \) \ ( \ text {A} \) и что напряжение на ячейке равно \ (\ text {1,5} \) \ (\ text {V} \). \ (R_ {1} \) = \ (\ text {1} \) \ (\ text {Ω} \).
Нарисуйте схему и заполните все известные значения.
Определите, как подойти к проблеме.
Мы можем использовать закон Ома, чтобы найти полное сопротивление R в цепи, а затем вычислить неизвестное сопротивление, используя:
\ [R = R_ {1} + R_ {2} \], потому что это в последовательной цепи.
Найти общее сопротивление
\ Начать {*} Align R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {\ text {1,5}} {\ text {0,25}} \\ & = \ text {6} \ text {Ω} \ end {align *}Найти неизвестное сопротивление
Мы знаем, что:
\ [R = \ text {6} \ text {Ω} \]и
\ [R_ {1} = \ text {1} \ text {Ω} \]с
\ [R = R_ {1} + R_ {2} \] \ [R_ {2} = R — R_ {1} \]Следовательно,
\ [R_ {1} = \ text {5} \ text {Ω} \]Рабочий пример 4: Закон Ома, последовательная схема
Для следующей схемы рассчитайте:
падает напряжение \ (V_1 \), \ (V_2 \) и \ (V_3 \) на резисторах \ (R_1 \), \ (R_2 \) и \ (R_3 \)
сопротивление \ (R_3 \).
Определите, как подойти к проблеме
Нам даны напряжение на элементе и ток в цепи, а также сопротивления двух из трех резисторов. Мы можем использовать закон Ома для расчета падения напряжения на известных резисторах. Поскольку резисторы находятся в последовательной цепи, напряжение равно \ (V = V_1 + V_2 + V_3 \), и мы можем вычислить \ (V_3 \). Теперь мы можем использовать эту информацию, чтобы найти напряжение на неизвестном резисторе \ (R_3 \).
Рассчитать падение напряжения на \ (R_1 \)
Используя закон Ома: \ Начать {*} Align R_1 & = \ frac {V_1} {I} \\ Я \ cdot R_1 & = I \ cdot \ frac {V_1} {I} \\ V_1 & = {I} \ cdot {R_1} \\ & = 2 \ cdot 1 \\ V_1 & = \ text {2} \ text {V} \ end {align *}
Рассчитать падение напряжения на \ (R_2 \)
Снова используя закон Ома: \ Начать {*} Align R_2 & = \ frac {V_2} {I} \\ Я \ cdot R_2 & = I \ cdot \ frac {V_2} {I} \\ V_2 & = {I} \ cdot {R_2} \\ & = 2 \ cdot 3 \\ V_2 & = \ text {6} \ text {V} \ end {align *}
Рассчитать падение напряжения на \ (R_3 \)
Поскольку падение напряжения на всех объединенных резисторах должно быть таким же, как падение напряжения на
.