Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Ом
Все источники питания рассчитаны на предельную нагрузку (на определенную мощность).
По сути любой источник энергии имеет определенное напряжение на выходе, а так же определенную допустимую силу тока. При превышении максимальной силы тока (мощности) источник питания может сгореть.
Давайте представим, что у нас есть источник питания с напряжением 12 Вольт и с допустимой силой тока в 1 Ампер.
Если подключим к такому источнику нагрузку в виде сопротивления 24 Ома, через чем будет протекать ток равный ½ максимально допустимого тока – тоесть 0,5 Ампера.
Если параллельно мы подключим еще одно сопротивление 24 Ома сила тока достигнет максимально допустимой в 1 Ампер.
Схема зависимости силы тока от сопротивления нагрузки
Подключив еще одно сопротивление параллельно к источнику питания через цепь будет протекать ток в 1,5 раза больше допустимого.
По сути тоже самое происходит когда вы подключаете низкоомную нагрузку к усилителю. Если вы подключите к усилителю нагрузку (скажем динамик) с сопротивлением меньше, чем заявленная в характеристиках усилителя, он может сгореть. Тоже самое произойдет, если вы подключите несколько динамиков параллельно, тем самым увеличив силу тока а значит и мощность.
Сопротивление нагрузки может служить инструментом регулировки выходной мощности усилителя. Чем меньше сопротивление нагрузки тем больший будет протекать через него, а значит и мощность будет больше. Не забываейте, что нельзя допускать понижения сопротивления ниже заявленных параметров усилителя . Помните что короткое замыкание это 0 Ом! Наверно вы уже догадываетесь почему.
Пример расчета зависимости силы тока от сопротивления проводника или потребителя (нагрузки)
Так как основные примеры электроники мы рассматриваем на примерах автозвука. … Давайте предположим, что у нас есть усилитель мощностью 100 Ватт (мощность мы разберем более подробно чуть позже) и он рассчитан на минимальное сопротивление 4 Ома.
Это означает, что усилитель может генерировать мощность до 100 Ватт на нагрузку в 4 Ома, и если сопротивление нагрузки будет меньше, вполне вероятно он сгорит.
Для того что бы достичь мощности в 100 Ватт на 5 Ома через цепь нагрузки должен протекать ток в 5 Ампер.
Для того что бы такой ток протекал через нагрузку 4 Ома, необходимо создать разность потенциалов (напряжение) на контактах динамика в 20 Вольт. (то есть при максимальной мощности, напряжение на контактах динамика будет равно 20 Вольт).
Пусть множество этих цифр не сбивает вас с толку, мы ниже более подробно рассмотрим все определения.
Ниже приведен калькулятор который рассчитывает силу тока в зависимости от напряжения и сопротивления.
Калькулятор зависимости силы тока от напряжения и сопротивления.
Если вы введете наши исходные данные 20 Вольт и 4 Ома в исходные параметры, вы увидите в результатах калькулятора что через нагрузку будет протекать ток в 5 Ампер. Если вы уменьшите сопротивление до 2 Ом, сила тока увеличится вдвое. Но как мы помним максимальная допустимая сила тока для нашего усилителя 5 Ампер и более низкое сопротивление нагрузки приведет к повышению силы тока, а это может повредить ваш усилитель.
Используйте этот калькулятор для расчета силы тока протекающего через нагрузку.
– Калькулятор наглядно продемонстрирует вам как напряжение приложенное к нагрузке, а так же сопротивление нагрузки, влияет на ток протекающий в цепи
– обратите внимание, что увеличение силы тока обычно связано с увеличением приложенного напряжения и УМЕНЬШЕНИЕМ сопротивления.
Понижение силы тока связано обычно с понижением напряжения и УВЕЛИЧЕНИЕМ сопротивления.
п.с. Когда вы покупаете динамики для вашей аудиосистемы вы должны знать минимальное сопротивление на которое рассчитан ваш усилитель, что бы получить от него максимальную мощность. Зная параметры усилителя вы можете точно выбрать правильный динамик (как с одной катушкой так и с двумя – помните о параллельном и последовательном соединении).
!!! Помните что Ом это единица выражающая сопротивление нагрузки протеканию электрического тока.
Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ
Сила тока в проводнике зависит не только от напряжения электрического поля в нём. Она зависит ещё от самого проводника: от его формы, размеров, от того, из какого материала он сделан. При одном и том же напряжении поля токи в разных проводниках будут различными.
Возьмём кусок медной проволоки длиной в 100 метров с поперечным сечением в 4 квадратных миллиметра. Создадим на концах её напряжение в один вольт. Амперметр покажет в этом случае силу тока в 2,2 ампера.
При том же напряжении, в таком же куске железной проволоки ток будет равен только 0,44 ампера, а в такой же проволоке, но сделанной из нихрома (сплав никеля, железа и хрома) — всего лишь 0,03 ампера.
Медь, железо и нихром обладают различным электрическим сопротивлением. Сопротивление меди мало, железа — больше, а нихрома — очень велико.
Сопротивление зависит не только от материала проводника, но и от формы и размеров его. У толстой проволоки сопротивление меньше, чем у тонкой, у длинной — больше, чем у короткой. Чтобы понять, почему это так, надо выяснить, чем вызвано сопротивление проводников электрическому току. Об этом мы расскажем дальше.
За единицу сопротивления принято сопротивление такого проводника, в котором напряжение в один вольт создаёт ток в один ампер. Такое сопротивление называется один ом.
Итак, сила тока в проводнике зависит от напряжения поля на концах его и от сопротивления проводника. Чем больше напряжение, тем больше сила тока. Чем больше сопротивление, тем сила тока меньше.
Чтобы узнать, какова сила тока, надо разделить напряжение, созданное полем на концах проводника, на сопротивление этого проводника.
На практике силу тока обычно не вычисляют, а измеряют амперметром. Напряжение тоже измеряют. А зная напряжение и силу тока, не трудно уже вычислить сопротивление проводника.
Так как
напряжение
сила т о к а = напряжение /сопротивление ,
ТО
сопротивление =напряжение / сила т о к а ,
На зажимах дугового фонаря, изображённого на рис. 12, создано напряжение в 55 вольт. Через дугу идёт ток в 5 ампер. Значит, сопротивление горящей дуги равно
55 / 5 = 11 ом.
Электрическим сопротивлением обладают не только металлы, но и все другие тела.
Особенно велико сопротивление изоляторов (кварц, резина, стекло, фарфор и др.). Если бы в изоляторах абсолютно не было свободных зарядов (электронов, ионов), то сопротивление их было бы бесконечным. Самое высокое напряжение не вызывало бы в изоляторах тока.
На самом деле таких идеальных изоляторов не существует. В любом изоляторе имеется небольшое число оторвавшихся от своих мест электронов и ионов. Поэтому и в изоляторах при наложении поля возникает ток.
Токи в изоляторах так малы, что даже при высоких напряжениях их удаётся обнаружить лишь с помощью специальных,
Справочник по Ваттам, Омам и сопротивлению в электронных сигаретах
Чтобы безопасно парить, вам нужно понимать несколько основных законов электричества. Тут вы встретите термины Напряжение, Вольты, Сила тока, Амперы, Сопротивление, Омы, Мощность, Ватты и непосредственно Закон Ома. В этом руководстве мы объясняем, что это означает и зачем нужно вейперу.
Содержание и навигация
- Напряжение, Вольты, В (Voltage, volts, V)
- Сила тока, Ампер, А (Current, Аmps, A)
- Сопротивление, Омы, Ом (Resistance, Оhms, Ω)
- Закон Ома
- Мощность, Ватты, Вт (Power, Watts, W)
Напряжение, Вольты, В (Voltage, volts, V)
Как правило, у полностью заряженного аккумулятора напряжение должно быть 4,2 Вольта. Это можно понять как количество энергии, проталкивающей электричество через ваше устройство, испаряя жидкость и создавая пар. Вы можете представить это как давлении воды. По мере того, как вода сливается из бака, её остаётся остается меньше, «давление» становится меньше, и поток уменьшается.
Сила тока, Ампер, А (Current, Аmps, A)
Ток — это «поток» электричества. Чем быстрее он течет, тем быстрее разряжается аккумулятор. Кроме того, чем быстрее он течет, тем горячее становится намотка в вашем испарителе, и тем больше пара получается из жидкости для электронной сигареты. Устройство переменной мощности/напряжения (плата) будет поддерживать ток, протекающий с постоянной скоростью, «подталкивая» его.
Сопротивление, Омы, Ом (Resistance, Оhms, Ω)
Увеличение сопротивления замедляет электрический ток. Больше сопротивление — холоднее вейп. Это достигается за счет использования более тонкой проволоки, но это означает, что проволока меньше соприкасается с фитилем, что может уменьшить количество вкуса и дать гораздо меньше пара. Более низкое сопротивление получается за счет использования более толстого или плоского провода, сложной намотки, или испарителя с сеткой внутри.
Закон Ома
Чтобы определить максимальный ток, протекающий через испаритель, разделите 4,2 на значение сопротивления намотки (или сменной головы), которую вы используете. Чтобы рассчитать, какую намотку можно безопасно использовать, разделите 4,2 на максимальный ток, который может выдержать аккумулятор (обязательно уточните эти данные и убедитесь, что ваш аккумулятор не является «китайской копией»). Самые лучшие аккумуляторы способны выдавать ток 30-35 Ампер, а китайцы — не более 3-5.
Мощность, Ватты, Вт (Power, Watts, W)
Мощность — это скорость передачи энергии от аккумулятора к испарителю. Мощность показывает сколько энергии расходует плата за определенную единицу времени. В современных устройствах почти повсеместно используется Вариватт. Это режим, при котором поддерживается постоянная мощность не смотря на падение напряжения во время разрядки аккумулятора.
Перевод и адаптация | Zuncl
Оригинал статьи | ecigclick.co.uk
Фото | aleksandryu & awdei1992
Если вы нашли ошибку, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Вейпинг с высоким напряжением
(Всё что вы хотели знать о вейпинге с высоким напряжением, плюс немного теории по электричеству).
Мы все об этом слышали, мы все об этом читали, но не все пробовали.
Курение электронных сигарет с высоким напряжением, аккумуляторы на 5 и более вольт(например Joye eCom), атомайзеры и картомайзеры с низким сопротивлением – что это такое?
Все эти амперы и вольты, и прочая техническая терминология, вам ни о чём не говорит, и только сбивает с толку?
В этой статье я попытаюсь провести ликбез, и рассказать о всех преимуществах курения с высоким напряжением.
Перед тем как начать обсуждать собственно курение с высоким напряжением, надо сразу прояснить одно недоразумение.
Некорректно в этом случае использовать термин «напряжение» – потому что речь идёт не о напряжении, а о мощности. Чуть попозже я объясню почему.
На настоящий момент нужно уяснить, что главное – это не напряжение, а получающаяся при его приложении мощность. Только это даёт изменение в производительности.
Курение с высокой мощностью лучше обычного курения (с обычной мощностью) сразу в нескольких аспектах.
Перво-наперво, пара получается больше, и он получается более горячий – меньше затяжка, больше результат.
Проведём аналогию: представьте себе, что пьёте колу через тонкую и толстую соломинку. Высокая мощность – толстая соломинка.
Другое различие – это вкус; это совсем необязательно преимущество – некоторые жидкости с высоким напряжением / мощностью на вкус лучше, другие хуже (фруктовые, например).
Теперь по поводу основ электрической теории. Закон Ватта. Без него мы никуда не уйдём.
Только он поможет понять, что такое курение с высокой мощностью, и как это работает. Объяснить его я попробую при помощи аналогии.
Давайте представим боксёра с большими и мощными руками, который может нанести ими мощный удар.
Теперь представим его же тренирующимся на тяжёлой боксёрской груше в зале.
Что сдерживает потенциальную мощность удара боксёра? Только воздух в комнате. Воздух неплотный, поэтому удар по груше получается сильным.
Теперь давайте представим того же боксёра, бьющего по той же груше, только на этот раз он находится под водой.
Вода гораздо плотнее воздуха, поэтому, несмотря на то, что сила у боксёра осталась такой же, удар по груше будет гораздо менее мощным.
Электрические приборы работают примерно так же. Напряжение (вольт) – это потенциал, или сила мышц боксёра, сопротивление (ом) – это сопротивление среды (воды ил воздуха).
Чем больше сопротивление – тем меньше получиться мощность удара, при приложении одинаковой напряжения (силы удара).
Существует специальная математическая формула, определяющая это отношение. Называется она закон Ватта:
Мощность = (Напряжение * Напряжение) / Сопротивление
Знание этой формулы критически важно для понимания нашей темы. Только при её помощи можно точно рассчитать, как будут себя вести те или иные комбинации аккумулятора и атомайзера / картомайзера.
Вот почему корректнее называть это курение с высокой мощностью, а не напряжением. Давайте посмотрим на несколько примеров.
Большинство стандартных атомайзеров 510 модели обладают сопротивлением 2.5 Ом.
Персональные испарители второго поколения, вроде eGo, работают обычно с напряжением 3.2 Вольт, Но на Joye eCom может доходить до 4,8В.
При помощи закона Ватта, мы можем рассчитать, какая в результате у нас получиться мощность:
(3.2 * 3.2) / 2.5 = 4.096 Ватт
Если мы используем стандартный 510 атомайзер с аккумулятором на 3.7 Вольт, то конечная мощность возрастает:
(3.7 * 3.7) / 2.5 = 5.476 Ватт
Давайте посмотрим что происходит если мы используем аккумулятор на 5 Вольт с тем же атомайзером:
(5.0 * 5.0) / 2.5 = 10 Ватт
Разница очень большая. 5 Вольт многими считаются «идеальным» напряжением для электронных сигарет.
Вы уже собираетесь бежать в магазин и покупать пятивольтовый аккумулятор?
Подождите! Сначала разберёмся ещё с парой примеров – меняем атомайзер.
Большинство 510 атомайзеров / картомайзеров с низким сопротивлением – на 1.5 Ом.
Давайте посмотрим что происходит если мы используем такой атомайзер с аккумулятором на 3.7 Вольт:
(3.7 * 3.7) / 1.5 = 9.127 Ватт
Ничего себе! 3.7 Вольт может выдавать с таким атомайзером почти столько же мощности, что и 5 Вольт с обычным атомайзером!
Именно поэтому так много пользователей электронных сигарет и утверждают, что атомайзеры с низким сопротивлением успешно могут заменить пятивольтовое курение.
Это не «симулятор» курения с высоким напряжением, это то же самое, что курение с высоким напряжением – потому что для производительности имеет значение только мощность, а не напряжение.
Можно задаться вопросом, а является ли термин курение с высоким напряжением корректным, или нет?
Очевидно, что пятивольтовое курение будет более мощным, чем 3.7-вольтовое, даже с атомайзером на 1.5 Ом!
Ещё один пример, чтобы вы поняли, где тут закралась ошибка.
Некоторые магазины сегодня продают так называемые «атомайзеры для работы с высоким напряжением».
Обычно они обладают показателям сопротивления в 3.5 Ом. Давайте посмотрим, сколько получится мощность при их использовании с аккумулятором на 5 Вольт:
(5.0 * 5.0) / 3.5 = 7.14 Ватт
Ух ты! Пятивольтовый аккумулятор даёт меньше мощности, чем 3.7-вольтовый на атомайзере с низким сопротивлением!
Напряжение при этом выше, но, как мы уже поняли, для производительности важно не напряжение, а мощность.
Мощность является производной напряжения и сопротивления. Если учитывать только напряжение, то не исключена ошибка.
Вот такие вот дела. При помощи этих знаний вы теперь сможете точно предугадывать результат сочетания того или иного картомайзера / атомайзера и аккумулятора.
Если мощность слишком высокая – атомайзер сгорает, если слишком низкая – жидкость не испаряется.
Важно соблюдать баланс.
Как правильно подобрать испаритель для электронной сигареты.
Обычно для каждой модели электронной сигареты производитель предлагает на выбор несколько вариантов испарителей. Какой из них лучше?
Это вопрос мы часто слышим от покупателей. Но на самом деле не бывает «лучших», испарители обычно отличаются характеристиками.
Какие отличия могу быть в испарителях
Производя различные испарители для электронных сигарет, производитель обычно предусматривает их предназначение. То есть различия обычно влияют на конечный результат – на парообразование. Кому то нужно максимум пара, другим вкус по лучше, а третьим, чтобы аккумулятор разряжался медленнее. Если сделать выбор верно электронная сигарета будет радовать Вас и дольше и вкуснее.
Спираль или сетка
Спиральные испарители появились на заре вейпинга и считаются классическими. Новым видом испарителей, которые появились в 2018 году –стали испарители на сетке.
Сетка увеличивает площадь испарения и убыстряет разогрев, поэтому дает вкус лучше.
Количество спиралей
Если у Вас на выбор испарители на спиралях, то они могут иметь от 1-й до 8-ми спиралей. Количество спиралей может влиять как на количество пара так и на передачу вкуса.
Обычно, увеличение количества спиралей приводит к увеличению кол-ва пара, потреблению жидкости и разряжает аккумулятор быстрее.
Сопротивление
Сопротивление – физическая величина, которая не регулируется и не меняется (как некоторые думают). Сопротивление испарителя свидетельствует о производительности. Чем меньше сопротивление – тем, обычно, больше пара Вы получите.
Так же стоит понимать, что по сопротивлению можно понять тип испарителя:
- 0. 1-0.3 Ом – кальянная тяга с обильным парообразованием
- 0.3-0.5 Ом – средняя кальянная тяга
- 0.6 -1.0 Ом – свободная сигаретная
- 1.0-1.8 Ом – тугая сигаретная тяга.
Рабочая мощность
Вместе с сопротивлением производитель на корпусе испарителя также гравирует и рабочую мощность. Обычно это интервал, например от 25 до 55 Вт. Или рабочая мощность 25-55 ВТ, лучше от 35 до 45 Вт.
Это сделано, чтобы Вы понимали в каких пределах лучше всего регулировать, чтобы испаритель не перегревался и не сгорал слишком быстро.
Так что же выбрать?
Выбор испарителя зависит от конечных целей. Обычно испарители со схожим споротивлением выдают примерно такие же показатели.
Мы рекомендуем обращать внимание на следующие показатели в первую очередь:
- Спираль или сетка (лучше брать испарители на сетке, они вкуснее)
- Сопротивление – ниже сопротивление, больше пара, больше расход жидкости. (К примеру испаритель 0.2 Ом будет давать больше пара чем 0. 5)
Для большего количества пара – следует выбирать испарители с меньшим сопротивлением и более высокой рабочей мощностью.
Для лучшего вкуса выбирайте испарители на сетке.
Чтобы снизить расход жидкости и аккумулятора – выбирайте испарители с более высоким сопротивлением.
Как продлить жизнь испарителя?
Средний срок службы любого испарителя от 2-х до 4-х недель. Но это срок может существенно сократится из-за неверного запуска, также может повлиять жидкость для электронных сигарет и настройки.
Первый запуск нового испарителя должен состоять из следующих шагов:
- Раскрутить атомайзер и вытащить испаритель (если он уже установлен)
- Капнуть несколько капель жидкости внутрь испарителя
- Собрать всё обратно
- Заправить полный резервуар.
Если проделать всё согласно алгоритма, вата в испарителе не сможет подгореть во время первого запуска.
Как продлить жизнь испарителя:
- Используйте качественную жидкость с правильным соотношением VG/PG
- Не допускайте падение уровня жидкости в резервуаре ниже отверстий её забора.
- Затяжка всегда должна быть достаточно интенсивной, чтобы хорошо охлаждать испаритель
- Используйте только рекомендуемую мощность (рекомендуемая указана на корпусе испарителя)
- Всегда выключайте устройство, перед тем, как положить её в место хранения.
Если всё-таки у Вас возникают трудности с выбором нужного испарителя – обращайтесь к нам в чат или звоните.
Вас может заинтересовать:
Как найти длину по формуле сопротивления. Если известно напряжение или мощность и сопротивление
Ом экспериментально установил закон, согласно которому сила тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения V на проводнике:
Напомним, что в случае однородного проводника напряжение U совпадает с разностью потенциалов (см. (33.6)).
Обозначенная в формуле (34.1) буквой R величина называется электрическим сопротивлением проводника. Единицей сопротивления служит равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении в 1 В течет ток силой 1 А.
Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для однородного цилиндрического проводника
где l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, – зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением вещества. Если то R численно равно . В СИ измеряется в ом-метрах (Ом-м).
Найдем связь между векторами j и Е в одной и той же точке проводника. В изотропном проводнике упорядоченное движение носителей тока происходит в направлении вектора Е.
Поэтому на правления векторов j и Е совпадают Выделим мысленно в окрестности некоторой точки элементарный цилиндрический объем с образующими, параллельными векторам j и Е (рис. 34.1). Через поперечное сечение цилиндра течет ток силой . Напряжение, приложенное к цилиндру, равно , где Е – напряженность поля в данном месте. Наконец, сопротивление цилиндра, согласно формуле (34.2), равно . Подставив эти значения в формулу (34. 1), придем к соотношению
Воспользовавшись тем, что векторы j и Е имеют одинаковое направление, можно написать
Эта формула выражает закон Ома в дифференциальной форме.
Фигурирующая в (34.3) обратная величина называется удельной электрической проводимостью материала. Единица, обратная ому, называется сименсом (См). Соответственно единицей о является сименс на метр (См/м).
Допустим для простоты, что в проводнике имеются носители лишь одного знака. Согласно формуле (31.5) плотность тока в этом случае равна
Сравнение этого выражения с формулой (34.3) приводит к выводу, что скорость упорядоченного движения носителей тока пропорциональна напряженности поля Е, т. е. силе, сообщающей носителям упорядоченное движение. Пропорциональность скорости приложенной к телу силе наблюдается в тех случаях, когда кроме силы, вызвавшей движение, на тело действует сила сопротивления среды. Эта сила вызывается взаимодействием носителей тока с частицами, из которых построено вещество проводника. Наличие силы сопротивления упорядоченному движению носителей тока обусловливает электрическое сопротивление проводника.
Способность вещества проводить электрический ток характеризуется его удельным сопротивлением либо удельной проводимостью .
Их величина определяется химической природой вещества и условиями, в частности температурой, при которых оно находится.
Для большинства металлов при температурах, близких к комнатной, изменяется пропорционально абсолютной температуре Т:
При низких температурах наблюдаются отступления от этой закономерности (рис. 34.2). В большинстве случаев зависимость от Т следует кривой. Величина остаточного сопротивления рост в сильной степени зависит от чистоты материала и наличия остаточных механических напряжений в образце. Поэтому после отжига рост заметно уменьшается. У абсолютно чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле
У большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких кельвинов сопротивление скачков обращается в нуль (кривая 2 на рис. 34.2). Впервые это явление, названное сверхпроводимостью, было обнаружено в 1911 г. Камерлинг-Оннесом для ртути. В дальнейшем сверхпроводимость была обнаружена у свинца, олова, цинка, алюминия и других металлов, а также у ряда сплавов. Для каждого сверхпроводника имеется своя критическая температура Т при которой он переходит в сверхпроводящее состояние. При действии на сверхпроводник магнитного поля сверхпроводящее состояние нарушается. Величина критического поля разрушающего сверхпроводимость, равна нулю при и растет с понижением температуры.
Полное теоретическое объяснение сверхпроводимости было дано академиком Н. Н. Боголюбовым и независимо от него Дж. Бардином, Л. Купером и Дж. Шриффером (см. § 56 тома 3).
Зависимость электрического сопротивления от температуры положена в основу термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой металлическую (обычно платиновую) проволочку, намотанную на фарфоровый или слюдяной каркас. Проградуированный по постоянным температурным точкам термометр сопротивления позволяет измерять с погрешностью порядка несколько сотых градуса как низкие, так и высокие температуры. В последнее время все большее применение находят термометры сопротивления из полупроводников.
Содержание:Появление электрического тока наступает при замыкании цепи, когда на зажимах возникает разность потенциалов. Перемещение свободных электронов в проводнике осуществляется под действием электрического поля. В процессе движения, электроны сталкиваются с атомами и частично передают им свою накопившуюся энергию. Это приводит к уменьшению скорости их движения. В дальнейшем, под влиянием электрического поля, скорость движения электронов снова увеличивается. Результатом такого сопротивления становится нагревание проводника, по которому течет ток. Существуют различные способы расчетов этой величины, в том числе и формула удельного сопротивления, применяющаяся для материалов с индивидуальными физическими свойствами.
Электрическое удельное сопротивление
Суть электрического сопротивления заключается в способности того или иного вещества превращать электрическую энергию в тепловую во время действия тока. Данная величина обозначается символом R, а в качестве единицы измерения используется Ом. Значение сопротивления в каждом случае связано со способностью того или иного .
В процессе исследований была установлена зависимость от сопротивления. Одним из основных качеств материала становится его удельное сопротивление, меняющееся в зависимости от длины проводника. То есть, с увеличением длины провода, возрастает и значение сопротивления. Данная зависимость определяется как прямо пропорциональная.
Другим свойством материала является площадь его поперечного сечения. Она представляет собой размеры поперечного среза проводника, независимо от его конфигурации. В этом случае получается обратно пропорциональная связь, когда с увеличением площади поперечного сечения уменьшается .
Еще одним фактором, влияющим на сопротивление, является сам материал. Во время проведения исследований была обнаружена различная сопротивляемость у разных материалов. Таким образом, были получены значения удельных электрических сопротивлений для каждого вещества.
Выяснилось, что самыми лучшими проводниками являются металлы. Среди них самой низкой сопротивляемостью и высокой проводимостью обладают и серебро. Они применяются в наиболее ответственных местах электронных схем, к тому же медь имеет сравнительно низкую стоимость.
Вещества, удельное сопротивление которых очень высокое, считаются плохими проводниками электрического тока. Поэтому они используются в качестве изоляционных материалов. Диэлектрические свойства более всего присущи фарфору и эбониту.
Таким образом, удельное сопротивление проводника имеет большое значение, поскольку с его помощью можно определить материал, из которого был изготовлен проводник. Для этого измеряется площадь сечения, определяется сила тока и напряжение. Это позволяет установить значение удельного электрического сопротивления, после чего, с помощью специальной таблицы можно легко определить вещество. Следовательно, удельное сопротивление относится к наиболее характерным признакам того или иного материала. Этот показатель позволяет определить наиболее оптимальную длину электрической цепи так, чтобы соблюдался баланс .
Формула
На основании полученных данных можно сделать вывод, что удельным сопротивлением будет считаться сопротивление какого-либо материала с единичной площадью и единичной длиной. То есть сопротивление, равное 1 Ом возникает при напряжении 1 вольт и силе тока 1 ампер. На этот показатель оказывает влияние степень чистоты материала. Например, если к меди добавить всего лишь 1% марганца, то ее сопротивляемость увеличится в 3 раза.
Удельное сопротивление и проводимость материалов
Проводимость и удельное сопротивление рассматриваются как правило при температуре 20 0 С. Эти свойства будут отличаться у различных металлов:
- Медь . Чаще всего применяется для изготовления проводов и кабелей. Она обладает высокой прочностью, стойкостью к коррозии, легкой и простой обработкой. В хорошей меди доля примесей составляет не более 0,1%. В случае необходимости медь может использоваться в сплавах с другими металлами.
- Алюминий . Его удельный вес меньше, чем у меди, однако у него более высокая теплоемкость и температура плавления. Чтобы расплавить алюминий, потребуется энергии значительно больше, чем для меди. Примеси в качественном алюминии не превышают 0,5%.
- Железо . Наряду с доступностью и дешевизной, этот материал обладает высоким удельным сопротивлением. Кроме того, у него низкая устойчивость к коррозии. Поэтому практикуется покрытие стальных проводников медью или цинком.
Отдельно рассматривается формула удельного сопротивления в условиях низких температур. В этих случаях свойства одних и тех же материалов будут совершенно другими. У некоторых из них сопротивляемость может упасть до нулевой отметки. Такое явление получило название сверхпроводимости, при которой оптические и структурные характеристики материала остаются неизменными.
В своей работе электрик часто сталкивается с вычислением различных величин и преобразований. Так для корректного подбора кабеля приходится подбирать нужное сечение. Логика выбора сечения основана на зависимости сопротивления от длины линии и площади сечения проводника. В этой статье мы рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления провода по его геометрическим размерам.
Формула для расчета
Любые вычисления начинаются с формулы. Основной формулой для расчета сопротивления проводника является:
R=(ρ*l)/S
Где R – сопротивление в Омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в м, S – площадь поперечного сечения провода в мм 2 .
Эта формула подходит для расчета сопротивления провода по сечению и длине. Из неё следует, что в зависимости от длины изменяется сопротивление, чем длиннее – тем больше. И от площади сечения – наоборот, чем толще провод (большое сечение), тем меньше сопротивление. Однако непонятной остаётся величина, обозначенная буквой ρ (Ро).
Удельное сопротивление
Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.
Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм 2 /м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.
Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает , повышает срок службы и уменьшает . При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.
У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10 -8 Ом*мм 2 /м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют . У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10 -6 Ом*мм 2 /м.
Расчет по диаметру
На практике часто бывает так, что площадь поперечного сечения жилы не известна. Без этого значения ничего рассчитать не получится. Чтобы узнать её, нужно измерить диаметр. Если жила тонка, можно взять гвоздь или любой другой стержень, намотать на него 10 витков провода, обычной линейкой измерить длину получившейся спирали и разделить на 10, так вы узнаете диаметр.
Ну, или просто замерить штангенциркулем. Расчет сечения выполняется по формуле:
Обязательны ли расчеты?
Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:
В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.
Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.
Материалы
Инструкция
Найдите силу сопротивления движению, которая действует на равномерно прямолинейно движущееся тело. Для этого при помощи динамометра или другим способом измерьте силу, которую необходимо приложить к телу, чтобы оно двигалось равномерно и прямолинейно. По третьему закону Ньютона она будет численно равна силе сопротивления движения тела.
Определите силу сопротивления движению тела, которое перемещается по горизонтальной поверхности. В этом случае сила трения прямо пропорциональна силе реакции опоры, которая, в свою очередь равна силе тяжести, действующей на тело. Поэтому сила сопротивления движению в этом случае или сила трения Fтр равна произведению массы тела m, которая измеряется весами в килограммах, на ускорение свободного падения g≈9,8 м/с² и коэффициент пропорциональности μ, Fтр=μ∙m∙g. Число μ называется коэффициентом трения и зависит от поверхностей, входящих в контакт при движении. Например, для трения стали по дереву этот коэффициент равен 0,5.
Рассчитайте силу сопротивления движению тела, движущегося по . Кроме коэффициента трения μ, массы тела m и ускорения свободного падения g, она зависит от угла наклона плоскости к горизонту α. Чтобы найти силу сопротивления движению в этом случае, нужно найти произведения коэффициента трения, массы тела, ускорения свободного падения и косинуса угла, под которым плоскость к горизонту Fтр=μ∙m∙g∙сos(α).
При движении тела в воздухе на невысоких скоростях сила сопротивления движению Fс прямо пропорциональна скорости движения тела v, Fc=α∙v. Коэффициент α зависит от свойств тела и вязкости среды и рассчитывается отдельно. При движении на высоких скоростях, например, при падении тела со значительной высоты или движении автомобиля, сила сопротивления прямо пропорциональна квадрату скорости Fc=β∙v². Коэффициент β дополнительно рассчитывается для высоких скоростей.
Источники:
- 1 Общая формула для силы сопротивления воздуха На рисунке
Для определения силы сопротивления воздуха создайте условия, при которых тело начнет под действием силы тяжести двигаться равномерно и прямолинейно. Рассчитайте значение силы тяжести, оно будет равно силе сопротивления воздуха. Если тело движется в воздухе, набирая скорость, сила его сопротивления находится при помощи законов Ньютона, также силу сопротивления воздуха можно найти из закона сохранения механической энергии и специальных аэродинамических формул.
Вам понадобится
- дальномер, весы, спидометр или радар, линейка, секундомер.
Инструкция
Перед измерением сопротивления б/у резистора обязательно выпаяйте его из старой платы или блока. Иначе он может быть шунтирован другими деталями схемы, и вы получите неправильные показания его сопротивления .
Видео по теме
Чтобы найти электрическое сопротивление проводника, воспользуйтесь соответствующими формулами. Сопротивление участка цепи находится по закону Ома. Если же известен материал и геометрические размеры проводника, его сопротивление можно рассчитать при помощи специальной формулы.
Вам понадобится
- – тестер;
- – штангенциркуль;
- – линейка.
Инструкция
Вспомните, что подразумевает собой понятие резистора. В данном случае под резистором надо понимать любой проводник или элемент электрической цепи, имеющий активное резистивное сопротивление. Теперь важно задаться вопросом о том, как действует изменение значения сопротивления на значение силы тока и от чего оно зависит. Суть явления сопротивления заключается в том, что резистора формируют своего рода барьер для прохождения электрических зарядов. Чем выше сопротивление вещества, тем более плотно расположены атомы в решетке резистивного вещества. Данную закономерность и объясняет закон Ома для участка цепи. Как известно, закон Ома для участка цепи звучит следующим образом: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на участке и обратно пропорциональна сопротивлению самого участка цепи.
Изобразите на листе бумаги график зависимости силы тока от напряжения на резисторе, а также от его сопротивления, исходя из закона Ома. Вы получите график гиперболы в первом случае и график прямой во втором случае. Таким образом, сила тока будет тем больше, чем больше напряжение на резисторе и чем меньше сопротивление. Причем зависимость от сопротивления здесь более яркая, ибо она имеет вид гиперболы.
Обратите внимание, что сопротивление резистора также изменяется при изменении его температуры. Если нагревать резистивный элемент и наблюдать при этом за изменением силы тока, то можно заметить, как при увеличении температуры уменьшается сила тока. Данная закономерность объясняется тем, что при увеличении температуры увеличиваются колебания атомов в узлах кристаллической решетки резистора, уменьшая таким образом свободное пространство для прохождения заряженных частиц. Другой причиной, уменьшающей силу тока в данном случае, является тот факт, что при увеличении температуры вещества увеличивается хаотичное движение частиц, в том числе заряженных. Таким образом, движение свободных частиц в резисторе становится в большей степени хаотичным, чем направленным, что и сказывается на уменьшении силы тока.
Видео по теме
Собрав электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, амперметра, вольтметра, ключа, можно показать, что сила тока (I ), протекающего через резистор, прямо пропорциональна напряжению (U ) на его концах: I — U . Отношение напряжения к силе тока U/I – есть величина постоянная .
Следовательно, существует физическая величина, характеризующая свойства проводника (резистора), по которому течёт электрический ток. Эту величину называют электрическим сопротивлением проводника, или просто сопротивлением. Обозначается сопротивление буквой R .
(R) – это физическая величина, равную отношению напряжения (U ) на концах проводника к силе тока (I ) в нём. R = U/I . Единица измерения сопротивления – Ом (1 Ом ).
Один Ом – сопротивление такого проводника, в котором сила тока равна 1А при напряжении на его концах 1В: 1 Ом = 1 В / 1 А.
Причина того, что проводник обладает сопротивлением, заключается в том, что направленному движению электрических зарядов в нём препятствуют ионы кристаллической решетки , совершающие беспорядочное движение. Соответственно, скорость направленного движения зарядов уменьшается.
Удельное электрическое сопротивление R ) прямо пропорционально длине проводника (l ), обратно пропорционально площади его поперечного сечения (S ) и зависит от материала проводника. Эта зависимость выражается формулой: R = p*l/Sр – это величина, характеризующая материал, из которого сделан проводник. Она называется удельным сопротивлением проводника , её значение равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .
Единицей удельного сопротивления проводника служит: [р] = 1 0м 1 м 2 / 1 м . Часто площадь поперечного сечения измеряют в мм 2 , поэтому в справочниках значения удельного сопротивления проводника приводятся как в Ом м так и в Ом мм 2 / м .
Изменяя длину проводника, а следовательно его сопротивление, можно регулировать силу тока в цепи. Прибор, с помощью которого это можно сделать, называется реостатом .
Расчет сопротивления провода по сечению, диаметру, длине
В своей работе электрик часто сталкивается с вычислением различных величин и преобразований. Так для корректного подбора кабеля приходится подбирать нужное сечение. Логика выбора сечения основана на зависимости сопротивления от длины линии и площади сечения проводника. В этой статье мы рассмотрим, как выполняется расчет сопротивления провода по его геометрическим размерам.
Формула для расчета
Любые вычисления начинаются с формулы. Основной формулой для расчета сопротивления проводника является:
R=(ρ*l)/S
Где R – сопротивление в Омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в м, S – площадь поперечного сечения провода в мм2.
Эта формула подходит для расчета сопротивления провода по сечению и длине. Из неё следует, что в зависимости от длины изменяется сопротивление, чем длиннее – тем больше. И от площади сечения – наоборот, чем толще провод (большое сечение), тем меньше сопротивление. Однако непонятной остаётся величина, обозначенная буквой ρ (Ро).
Удельное сопротивление
Удельное сопротивление – это табличная величина, для каждого металла она своя. Она нужна для расчета и зависит от кристаллической решетки металла и структуры атомов.
Из таблицы видно, что самое меньшее сопротивление у серебра, для медного кабеля оно равняется 0,017 Ом*мм2/м. Такая размерность говорит нам, сколько приходится Ом при сечении в 1 миллиметр квадратный и длине в 1 метр.
Кстати, серебряное покрытие используется в контактах коммутационных аппаратов, автоматических выключателей, реле и прочего. Это снижает переходное контактное сопротивление, повышает срок службы и уменьшает нагрев контактов. При этом в контактах измерительной и точной аппаратуры используют позолоченные контакты из-за того, что они слабо окисляются или вообще не окисляются.
У алюминия, который часто использовался в электропроводке раньше, сопротивление в 1,8 раза больше чем у меди, равняется 2,82*10-8 Ом*мм2/м. Чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он греется. Поэтому при одинаковом сечении алюминиевый кабель может передать меньший ток, чем медный, это и стало основной причиной почему все современные электрики используют медную электропроводку. У нихрома, который используется в нагревательных приборах оно в 100 раз больше чем у меди 1,1*10-6 Ом*мм2/м.
Расчет по диаметру
На практике часто бывает так, что площадь поперечного сечения жилы не известна. Без этого значения ничего рассчитать не получится. Чтобы узнать её, нужно измерить диаметр. Если жила тонка, можно взять гвоздь или любой другой стержень, намотать на него 10 витков провода, обычной линейкой измерить длину получившейся спирали и разделить на 10, так вы узнаете диаметр.
Ну, или просто замерить штангенциркулем. Расчет сечения выполняется по формуле:
Обязательны ли расчеты?
Как мы уже сказали, сечение провода выбирают исходя из предполагаемого тока и сопротивления металла, из которого изготовлены жилы. Логика выбора заключается в следующем: сечение подбирают таким способом, чтобы сопротивление при заданной длине не приводило к значительным просадкам напряжения. Чтобы не проводить ряд расчетов, для коротких линий (до 10-20 метров) есть достаточно точные таблицы:
В этой таблице указаны типовые значения сечения медных и алюминиевых жил и номинальные токи через них. Для удобства указана мощность нагрузки, которую выдержит эта линия. Обратите внимание на разницу в токах и мощности при напряжении 380В, естественно, что это предполагается трёхфазная электросеть.
Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором подробно рассказывается, как рассчитать сечение проводника, а также предоставлены примеры расчетных работ:
Расчет сопротивления провода сводится к использованию пары формул, при этом вы можете скачать готовые калькуляторы из Плэй Маркета для своего смартфона, например, «Electrodroid» или «Мобильный электрик». Эти знания пригодятся для расчетов нагревательных приборов, кабельных линий, предохранителей и даже популярных на сегодняшний день спиралей для электронных сигарет.
Материалы по теме:
ресурсов
Мощность
Мощность в электрической цепи относится к скорости, с которой электрическая энергия преобразуется в какую-либо другую форму, такую как тепло или магнетизм. Мощность, рассеиваемая в цепи, напрямую связана с приложенным напряжением и величиной тока, протекающего по цепи.
Диаграммы показывают, что увеличение мощности земного шара в цепи с тем же напряжением приводит к более высокому току, следовательно, рассеивается больше мощности, то есть больше тепла и света.Более высокий ток означает, что шар с высокой мощностью имеет меньшее сопротивление, чем шар с низкой мощностью.
Увеличение мощности
Единица измерения мощности – Вт .
Кол-во | Символ | Блок | Сокращение | Значение |
---|---|---|---|---|
мощность | п. | ватт | Вт | рассеиваемая мощность |
Если есть увеличение напряжения, мощность увеличится в четыре раза.Если вы увеличиваете напряжение (или электрическое давление) в цепи, то ток (поток электронов) будет увеличиваться прямо пропорционально, например, если вы удвоите напряжение, ток удвоится.
Формула расчета мощности:
P = VI
Следовательно, удвоение тока, умноженного на удвоенное напряжение, увеличит мощность в четыре раза.
Закон Ома для расчета рассеиваемой мощности
Простая схема
Проработанные примеры основаны на представленной принципиальной схеме.
- Какая мощность будет рассеиваться резистором (R), если в цепи протекает ток (A) 2 А при приложенном напряжении (В) 24 В?
- P = VI
- P = 24 x 2
- P = 48 Вт
- Какая мощность будет рассеиваться резистором (R), если в цепи протекает ток (А) 2 мкА при приложенном напряжении (В) 10 мВ?
- P = VI
- A и V являются частными кратными и должны быть преобразованы в базовые единицы
- А = 2 мкА = 2 х 0. 000 001 = 0 000 002A
- В = 10 мВ = 10 x 0,001 = 0,01 В
- P = 0,01 x 0,000 002
- P = 0,000,000,02W или 20nW
Замена формулы
В соответствии с законом Ома рассеиваемая мощность напрямую зависит от приложенного напряжения и протекающего тока. Это напрямую связано с величиной сопротивления.Если известны любые два значения схемы, мы можем вычислить два других значения с помощью подстановки.
Пример
Простая схема.
- В этом примере, если напряжение батареи составляет 20 В, а сопротивление (R) имеет значение 100 Ом, то какой будет рассеиваемая мощность?
- Формула для расчета мощности:
- P = VI
- Мы не знаем текущий поток (I).
Мы могли бы использовать закон Ома I = В / R для расчета тока, а затем использовать вычисленное значение в приведенной выше формуле мощности. - Ответ можно найти с помощью одной формулы:
- P = VI заменить I на V / R
- Это даст вам формулу:
- P = В x В / R вольта, умноженного на вольты, разделенные на сопротивление)
- Вольт, умноженное на вольт, выражается как V 2 (вольт в квадрате).Итак, окончательная формула будет:
- P = V 2 / R
- P = 20 2 /100, что совпадает с (20 x 20/100)
- P = 400/100
- P = 4 Вт
- Если общее сопротивление цепи составляет 80 Ом, а ток равен 2 А, какова рассеиваемая мощность?
- P = VI мы не знаем напряжения, но по закону Ома V = IR.Следовательно, формула:
- P = I x R x I, что совпадает с I x I x R, которое совпадает с I 2 R, поэтому формула:
- P = I 2 R
- P = 2 2 /80
- P = 4/80
- P = 0,05 Вт или 7071 мВт
- Если мощность, рассеиваемая в цепи, составляет 500 Вт, а ток равен 2 А, каково полное сопротивление?
- R = V / I – формула для расчета сопротивления, но напряжение неизвестно.
- Для определения напряжения можно использовать формулу мощности V = P / I, но ее можно подставить в первую формулу следующим образом:
- R = (P / I) / I (Сопротивление равно ваттам, разделенным на амперы, а затем снова разделенным на амперы.)
- Однако это уравнение можно упростить как P / (I x I) и, следовательно, можно выразить как:
- R = P / I 2
- R = 500/2 2
- R = 125 Ом
- Если мощность, рассеиваемая в цепи, составляет 10 Вт, а общее сопротивление составляет 5 Ом, какое приложенное напряжение?
- V = IR – формула для расчета напряжения, но текущее значение неизвестно.
- Формулу мощности V = P / I нельзя использовать для определения напряжения, потому что ток также неизвестен. Однако из-за прямой связи этих значений можно использовать замену формулы.
- Мы знаем, что напряжение будет равно V = P / I, а ток будет I = V / R, поэтому
- V = P / (V / R), что то же самое, что V = PR / V, и после транспонирования это будет V 2 = PR
- Мы хотим знать напряжение, а не квадрат напряжения, поэтому квадратный корень ( √ ) из PR даст ответ.
- Следовательно, формула:
- В = √PR
- В = √ (10 х 5)
- В = √50
- В = 7,071 В или 7071 мВ
Ома (снова!) | Электробезопасность
Распространенная фраза в отношении электробезопасности звучит примерно так: « Убивает не напряжение, а ток ! ”Хотя в этом есть доля правды, об опасности поражения электрическим током нужно понимать больше, чем эта простая пословица. Если бы напряжение не представляло опасности, никто бы никогда не распечатал и не вывесил надписи: ОПАСНО – ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!
Принцип «убивает текущее» по сути верен. Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть доступное напряжение, чтобы побудить ток протекать через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.
Взяв закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выразив его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получим следующее уравнение:
Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками этого тела, деленному на электрическое сопротивление, оказываемое телом между этими двумя точками. Очевидно, что чем больше напряжения доступно для протекания тока, тем легче он будет проходить через любое заданное сопротивление.
Следовательно, существует опасность высокого напряжения, которое может генерировать ток, достаточный для получения травмы или смерти. И наоборот, если тело имеет более высокое сопротивление, меньший ток будет протекать при любом заданном напряжении. Насколько опасно напряжение, зависит от общего сопротивления цепи, препятствующего прохождению электрического тока.
Сопротивление тела не является фиксированной величиной. Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже метод измерения содержания жира в организме, основанный на измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног.
Различное процентное содержание жира в организме обеспечивает разное сопротивление: одна переменная влияет на электрическое сопротивление в организме человека. Чтобы методика работала точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.
Сопротивление тела также варьируется в зависимости от того, как происходит контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от ступни к ступне, от руки к локтю и т. Д.Пот, богатый солью и минералами, является отличным проводником электричества, будучи жидкостью. То же самое и с кровью с таким же высоким содержанием проводящих химикатов.
Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.
Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю примерно 1 миллион Ом (1 МОм) на руках, держась за металлические щупы измерителя между пальцами.Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я плотно сжимал щупы, и большее сопротивление, когда я держу их свободно.
Я сижу за компьютером и печатаю эти слова, мои руки чистые и сухие. Если бы я работал в жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, представляя меньшее сопротивление смертоносному току и большую опасность поражения электрическим током.
Насколько опасен электрический ток?
Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов.Химический состав тела человека оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольное сокращение мышц из-за разряда статического электричества.
Другие могут получать большие искры от разряда статического электричества и почти не ощущать его, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, с помощью тестов были разработаны приблизительные руководящие принципы, которые показывают, что для проявления вредных эффектов требуется очень небольшой ток (опять же, информацию об источнике этих данных см. В конце главы).
Все текущие значения даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампер):
Таблица воздействия электричества на тело
«Гц» обозначает единицу измерения Гц, Гц. Это мера того, насколько быстро меняется переменный ток, иначе известный как частота . Таким образом, столбец цифр, обозначенный «60 Гц переменного тока», относится к току, который меняется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда ток течет в одном направлении, а затем в другом) в секунду.
Последний столбец, обозначенный «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) возвратно-поступательных циклов каждую секунду.
Имейте в виду, что эти цифры являются приблизительными, так как люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному. Было высказано предположение, что поперечный ток через грудную клетку всего 17 мА переменного тока достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большинство наших данных относительно индуцированной фибрилляции получены в результате испытаний на животных.Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях непрактично, поэтому имеющиеся данные отрывочны.
Да, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины, как правило, более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины! Предположим, я положил руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов в секунду). Какое напряжение потребуется на этой чистой сухой коже, чтобы получить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома, чтобы определить это:
E = IR E = (20 мА) (1 МОм) E = 20000 вольт или 20 кВ
Имейте в виду, что это «лучший случай» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка.Чтобы вызвать болезненный шок, потребуется гораздо меньше! Кроме того, имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно отличаться от человека к человеку, и что эти расчеты являются приблизительными оценками только .
Обрызгав пальцы водой, чтобы имитировать пот, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что это касается только одного пальца каждой руки, касающегося тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 мА, мы получим эту цифру:
E = IR E = (20 мА) (17 кОм) E = 340 В
В этих реальных условиях потребуется всего 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать ток 20 миллиампер.Тем не менее, все же возможно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При условии значительно более низкого показателя сопротивления тела, увеличенного за счет контакта с кольцом (полоса золота, обернутая по окружности пальца, делает отличной точкой контакта для поражения электрическим током) или полного контакта с большим металлическим предметом, таким как труба или металл рукоятки инструмента, сопротивление корпуса может упасть до 1000 Ом (1 кОм), в результате чего даже более низкое напряжение может представлять потенциальную опасность.
E = IR E = (20 мА) (1 кОм) E = 20 В
Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы произвести ток в 20 миллиампер через человека; достаточно, чтобы вызвать столбняк. Помните, было высказано предположение, что сила тока всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашной в 1000 Ом для создания этого опасного состояния потребуется всего 17 вольт.
E = IR E = (17 мА) (1 кОм) E = 17 В
Семнадцать вольт – это не очень много для электрических систем. Конечно, это «наихудший» сценарий с напряжением переменного тока 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он действительно показывает, насколько низкое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.
Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, не должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа при контакте с золотым кольцом).Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего крепче держать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта.
То, что начинается как легкий шок – ровно настолько, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить ее, может перерасти в нечто достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а сила тока соответственно увеличивается.
Research предоставило приблизительный набор цифр для электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):
- Провод, касающийся пальцем: от 40 000 Ом до 1 000 000 Ом в сухом состоянии, от 4 000 Ом до 15 000 Ом во влажном состоянии.
- Провод, удерживаемый рукой: от 15 000 Ом до 50 000 Ом в сухом состоянии, от 3 000 Ом до 5 000 Ом во влажном состоянии.
- Плоскогубцы по металлу, удерживаемые вручную: от 5000 Ом до 10 000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 3000 Ом во влажном состоянии.
- Контакт с ладонью: от 3000 Ом до 8000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 2000 Ом во влажном состоянии.
- 1,5-дюймовая металлическая труба, удерживаемая одной рукой: от 1000 Ом до 3000 Ом в сухом состоянии, от 500 Ом до 1500 Ом во влажном состоянии.
- 1,5-дюймовая металлическая труба, захватываемая двумя руками: от 500 Ом до 1500 кОм в сухом состоянии, от 250 Ом до 750 Ом во влажном состоянии.
- Рука, погруженная в проводящую жидкость: от 200 Ом до 500 Ом.
- Опора, погруженная в проводящую жидкость: от 100 Ом до 300 Ом.
Обратите внимание на значения сопротивления для двух условий с 1,5-дюймовой металлической трубой. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления, когда одна рука держит трубу.
Двумя руками площадь соприкосновения с телом вдвое больше, чем с одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях.Если держать трубу двумя руками, ток будет иметь два параллельных маршрута, по которым он протекает от трубы к телу (или наоборот).
Как мы увидим в более поздней главе, параллельные цепи всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.
В промышленности 30 вольт обычно считается консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен рассматривать любое напряжение выше 30 вольт как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от поражения электрическим током.Тем не менее, при работе с электричеством все же отличной идеей является держать руки чистыми и сухими и снимать все металлические украшения.
Даже при более низких напряжениях металлические украшения могут представлять опасность, поскольку проводят ток, достаточный для ожога кожи, при контакте между двумя точками в цепи. Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких ожогов пальцев из-за замыкания между точками в низковольтной и сильноточной цепи.
Кроме того, напряжение ниже 30 может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятное ощущение, которое может вызвать вздрагивание и случайное соприкосновение с более высоким напряжением или другой опасностью. Я вспоминаю, как однажды жарким летним днем работал над автомобилем.
На мне были шорты, моя голая нога касалась хромового бампера автомобиля, когда я затягивал соединения аккумулятора. Когда я прикоснулся металлическим ключом к положительной (незаземленной) стороне 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в том месте, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей вспотевшей кожи позволило почувствовать шок всего лишь с 12 вольт электрическим потенциалом.
К счастью, ничего плохого не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не в ноге, я мог бы рефлекторно толкнуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора (производя большой ток через гаечный ключ с большим количеством искр).
Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; этот электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас подпрыгивать или спазмировать части вашего тела в опасную для вас сторону.
Ток, проходящий через человеческое тело, имеет значение, насколько он опасен. Ток будет влиять на все мышцы, находящиеся на его пути, а поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, пути удара, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и смертельного исхода.
Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать с цепями под напряжением, находящимися под напряжением, только одной рукой, а вторую руку держать в кармане, чтобы случайно ни к чему не прикоснуться. Конечно, всегда безопаснее работать в цепи, когда она отключена, но это не всегда практично или возможно.
Для работы одной рукой правая рука обычно предпочтительнее левой по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), и сердце обычно находится слева от центра в грудной полости. .
Для левшей этот совет может быть не лучшим. Если такой человек недостаточно скоординирован с правой рукой, он может подвергнуть себя большей опасности, используя ту руку, с которой ему меньше всего комфортно, даже если электрический ток, протекающий через эту руку, может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность между сотрясением одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки для работы лучше всего оставить на усмотрение человека.
Лучшая защита от ударов цепи под напряжением – это сопротивление, а сопротивление может быть добавлено к телу с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи является функцией доступного напряжения, деленного на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены так, что есть только один путь для прохождения тока:
Теперь мы рассмотрим эквивалентную схему для человека в изолированных перчатках и ботинках:
Поскольку электрический ток должен проходить через ботинок и , тело и перчатку, чтобы замкнуть цепь обратно к батарее, общая сумма ( сумма ) этих сопротивлений противодействует протеканию тока в большей степени, чем любая другая. сопротивлений рассматривается индивидуально.
Безопасность – одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и тем, кто или что-либо может с ним контактировать.
К сожалению, было бы чрезмерно дорого изолировать проводники линии электропередач с недостаточной изоляцией для обеспечения безопасности в случае случайного контакта. Таким образом, безопасность обеспечивается за счет того, что эти стропы должны быть достаточно далеко вне досягаемости, чтобы никто не мог случайно их коснуться.
ОБЗОР:
- Вред для тела зависит от силы электрического тока. Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи. Сопротивление противостоит току, поэтому высокое сопротивление является хорошей защитой от ударов.
- Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные ударные токи.
- Металлические украшения определенно плохо носить при работе с электрическими цепями.Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают отличный электрический контакт с вашим телом и сами могут проводить ток, достаточный для возникновения ожогов кожи даже при низком напряжении.
- Низкое напряжение может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы напрямую вызвать поражение электрическим током. Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее отпрянуть и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
- Когда необходимо работать в «живой» цепи, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).
Не забудьте воспользоваться нашим калькулятором закона Ома.
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
Знать взаимосвязь между мощностью и сопротивлением
Чтобы представить себе взаимосвязь мощности и сопротивления, представьте себе источник постоянного напряжения или батарею. Когда в цепи большое сопротивление, может протекать очень небольшой ток, поэтому батарея выдает очень мало энергии, и резистор не будет слишком горячим из-за меньшей мощности.{2} R \]
Где I – электрический ток, измеренный в Амперах или А.
Что такое мощность?
Мы определяем мощность как способность тела выполнять работу за единицу времени. Например, человек A выполняет 30 Дж работы за 2 часа, а другой человек B выполняет такой же объем работы за 3 часа, поэтому здесь, если мы воспользуемся следующей формулой:
Мощность = Работа / время
Случай 1: 30 / 2 = 15 Вт
Случай 2: 30/2 = 10 Вт
Мы видим, что мощность человека A больше, чем мощность человека B.Таким образом, мощность A больше, чем мощность B.
Однако с точки зрения электричества мощность определяется как произведение тока и напряжения.
P = VI
Где
В – разность потенциалов, измеряемая в вольтах.
I измеряется в амперах.
Что такое сопротивление?
При движении на высокой скорости мы должны замедлить нашу машину на некотором расстоянии до ограничителей скорости, иначе наша машина будет прыгать с большим рывком.Итак, здесь наш высокоскоростной автомобиль – это максимальный ток, протекающий по цепи (дороге), а выключатель скорости – это сопротивление, позволяющее избежать аварий или коротких замыканий в наших домах.
Итак, сопротивление – это препятствие, подключенное к цепи, чтобы избежать перелива заряда через цепь. Он измеряется в Ом, где мы обозначаем его омегой или Ом.
Формула мощности и сопротивления
Мы заметили, что приведенные выше формулы описывают соотношение между мощностью и сопротивлением.{2} R \]
Здесь мы видим, что электрическая мощность прямо пропорциональна сопротивлению при поддержании постоянного I.
Отсюда мы делаем следующие выводы:
При увеличении мощности сопротивление также увеличивается, при этом ток I остается постоянным. {2}} {R} \]
Отсюда мы видим, что мощность P обратно пропорциональна сопротивлению R .
Отсюда мы можем сделать следующие выводы:
Для любой постоянной разницы потенциалов
Когда мощность в цепи высокая, сопротивление будет меньше.
Однако, если мощность низкая, сопротивление будет высоким.
Формула сопротивления мощности
Вывод формулы мощности и сопротивления поможет нам понять концепцию связи мощности и сопротивления.
В физике мощность и сопротивление можно связать с помощью двух формул, которые мы подробно обсудим в этой статье.
Мы знаем, что электрическая мощность или P – это мера электрического тока I с q кулонами заряда, проходящими через разность потенциалов V (в вольтах) за время t секунд. Математически мы можем выразить это утверждение как:
P = Vq / t = VI… . {2}} {R} \]
Из приведенных выше выводов мы получили следующий вывод:
Мощность и сопротивление в электронике
В электронике мы определяем мощность как скорость выполнения работы.Итак, какие работы ведутся в области электроники? Это обычная повседневная работа или что-то еще? Опишем это простым утверждением:
Мы определяем сопротивление как сопротивление потоку электронов в цепи. Это означает, что чем больше препятствие, тем больше работы выполняется в единицу времени, чтобы заставить их течь, то есть тем больше энергии требуется, чтобы сделать их легким течением.
Из приведенного выше утверждения мы не можем отрицать тот факт, что соотношение между мощностью и сопротивлением пропорционально.
Увеличивает ли ток при уменьшении сопротивления? – Greedhead.net
Увеличивает ли ток при уменьшении сопротивления?
Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Это означает, что увеличение напряжения вызовет увеличение тока, а увеличение сопротивления приведет к уменьшению тока.
Что происходит с током при уменьшении сопротивления?
Аналогичным образом, если мы увеличиваем сопротивление, ток снижается для данного напряжения, а если мы уменьшаем сопротивление, ток увеличивается.Это означает, что если сопротивление велико, ток низкий, а если сопротивление низкое, ток высокий.
Больше сопротивления потребляет больше тока?
Ток уменьшается с увеличением сопротивления. для цепи постоянного тока с постоянным V величина I обратно пропорциональна R. Математически это может быть прямым подходом к доказательству этого.
Ток прямо пропорционален сопротивлению?
Если рассматривать напряжение как фиксированное, то сопротивление и ток обратно пропорциональны, поскольку их произведение постоянно и равно фиксированному напряжению.Если мы увеличиваем сопротивление, то ток уменьшается, а если мы уменьшаем сопротивление, то ток увеличивается.
Что увеличивается при уменьшении тока?
Это еще один запутанный вопрос, который чаще всего задают на собеседованиях по электротехнике и электронике. Согласно закону Ома, ток увеличивается при увеличении напряжения (I = V / R), но ток уменьшается при увеличении напряжения в соответствии с формулой (P = VI).
Сопротивление и ток прямо пропорциональны?
Соотношение между током, напряжением и сопротивлением выражается законом Ома.Это означает, что ток, протекающий в цепи, прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи, при условии, что температура остается постоянной.
Влияет ли сопротивление на напряжение?
ЗаконОма гласит, что электрический ток (I), протекающий в цепи, пропорционален напряжению (V) и обратно пропорционален сопротивлению (R). Точно так же увеличение сопротивления цепи снизит ток, если напряжение не изменится.
Более высокое сопротивление означает меньшее сопротивление?
Ом означает сопротивление. Чем больше у него сопротивления, тем выше его рейтинг. Чем меньше у вас сопротивление, тем меньше энергии вы передадите от аккумулятора к вашему резервуару.
У кого сопротивление выше 50 Вт или 25 Вт?
Сопротивление R = V2 / P, где V – разность потенциалов, а P – мощность в ваттах. Таким образом, чем больше мощность, тем меньше будет сопротивление и наоборот. Таким образом, лампа на 25 Вт будет иметь удвоенное сопротивление по сравнению с лампой на 50 Вт.
Почему ток прямо пропорционален сопротивлению?
Резисторыпротиводействуют потоку электронов, поэтому, если будет обеспечено большее сопротивление, меньшее количество электронов будет иметь тенденцию течь. Следовательно, ток обратно пропорционален сопротивлению.
Как увеличение сопротивления влияет на ток и напряжение?
Для последовательной цепи с одним или несколькими резисторами добавление сопротивления последовательно уменьшит общий ток и снизит падение напряжения на каждом существующем резисторе. (Меньший ток через резистор означает меньшее падение напряжения на нем.) Общее напряжение в цепи останется прежним.
Как резистор используется для уменьшения тока?
Я слышал, что резисторы используются для уменьшения тока в определенном устройстве, например, в регуляторе вентилятора. Чтобы было ясно, добавление резистора в схему действительно уменьшает ток, протекающий через всю схему (по сравнению со схемой без резистора). Однако ток в двух точках цепи остается прежним.
Как сопротивление снижает ток вентилятора?
Итак, некоторая средняя кинетическая энергия тока преобразуется в тепло в резисторе, и ток уменьшается, по сравнению с тем, если бы сопротивления не было. Мы знаем, что не можем изменить напряжение сети или сопротивление самого фанкойла для управления скоростью (через ток), поэтому мы подключаем внешнее сопротивление последовательно с вентилятором.
Почему при более низком сопротивлении выделяется больше тепла?
Напряжение также изменяется, даже если напряжение внутреннего источника остается постоянным. Меньшее сопротивление будет производить больше тепла, пока новое сопротивление все еще выше или равно сопротивлению источника (если источник является чисто резистивным). Спасибо за ответ на обмен электротехническими стеками!
Мощность и внутреннее сопротивление
Мощность и внутреннее сопротивление
Далее: Рабочие примеры Up: Электрический ток Предыдущий: Энергия в цепях постоянного тока
Мощность и внутреннее сопротивление Рассмотрим простую схему, в которой батарея ЭДС и внутренняя сопротивление управляет током через внешний резистор сопротивления (см. рис.17). Внешний резистор обычно называют как резистор нагрузки . Он мог обозначать либо электрический свет, либо электронагревательный элемент, а может и электродвигатель. В основная цель схема должна передавать энергию от батареи к нагрузке, где она фактически делает что-то полезное для нас ( например, , освещение лампочку, или поднятие тяжести). Посмотрим, насколько внутреннее сопротивление батареи мешает этому процессу.Эквивалентное сопротивление цепи равно (поскольку сопротивление нагрузки равно последовательно с внутренним сопротивлением), поэтому ток, протекающий в схема задается
(145)
Выходная мощность ЭДС просто(146)
Мощность, рассеиваемая в виде тепла внутренним сопротивлением батареи, равна(147)
Точно так же мощность, передаваемая нагрузке, равна(148)
Обратите внимание, что(149)
Таким образом, часть выходной мощности батареи немедленно теряется из-за рассеивания тепла внутреннее сопротивление батареи. Остаток передается в нагрузку.Пусть и . Это следует из Уравнение (148) что
(150)
Функция монотонно возрастает от нуля при увеличиваясь в диапазоне, достигает максимальное значение at, а затем монотонно убывает с увеличением В диапазоне . Другими словами, если сопротивление нагрузки изменяется на постоянная, а затем передаваемая мощность достигает максимума значение(151)
когда .Это очень важный результат в электротехнике. Передача мощности между источником напряжения и внешней нагрузкой наиболее эффективна, когда сопротивление нагрузки соответствует внутреннему сопротивлению источника напряжения. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, то большая часть выходной мощности напряжения источник рассеивается в виде тепла внутри самого источника. Если сопротивление нагрузки слишком велик, тогда ток, протекающий в цепи, слишком низкий, чтобы передавать энергию нагрузке с заметной скоростью.Отметим, что в оптимальном случае , только половина выходной мощности источника напряжения передается в нагрузку. Другая половина рассеивается внутри в виде тепла. источник. Между прочим, инженеры-электрики называют процесс, при котором сопротивление нагрузка согласована с нагрузкой источника питания согласование импеданса (импеданс – это просто причудливое название сопротивления).
Далее: Рабочие примеры Up: Электрический ток Предыдущий: Энергия в цепях постоянного тока Ричард Фицпатрик 2007-07-14параллельных цепей – базовое электричество
Параллельная схема, вероятно, является наиболее распространенным типом схемы, с которой вы столкнетесь.Нагрузки в системах распределения электроэнергии в большинстве случаев так или иначе подключаются параллельно друг другу.
Построение параллельной цепи
Параллельная цепь создается путем соединения клемм всех отдельных устройств нагрузки так, чтобы на каждом компоненте появлялось одинаковое значение напряжения.
Рисунок 19. Параллельная схема- Напряжение на каждой ветви одинаковое.
- Существует три отдельных пути (ответвления) для прохождения тока, каждый из которых покидает отрицательную клемму и возвращается к положительной клемме.
В отличие от последовательной цепи, ток все еще течет к остальным устройствам в цепи, если какая-либо одна ветвь или компонент в параллельной цепи разомкнута.
Три закона параллельной цепи
Существует три основных соотношения, касающихся напряжения, тока и сопротивления во всех параллельных цепях.
Напряжение
В параллельной цепи каждый нагрузочный резистор действует как независимая ответвленная цепь, и поэтому каждая ветвь «видит» все напряжение источника питания.
Полное напряжение параллельной цепи имеет то же значение, что и напряжение на каждой ветви.
Это отношение может быть выражено как:
ET = E1 = E2 = E3…
Рисунок 20. Ток в параллельной цепиВ приведенной выше схеме напряжение в каждой ветви составляет 120 В.
Текущий
Параллельная цепь имеет более одного пути прохождения тока. Количество путей тока определяется количеством резисторов нагрузки, подключенных параллельно.
Полный ток в параллельной цепи – это сумма токов отдельных ответвлений.
Это соотношение в параллельной цепи выражается как:
IT = I1 + I2 + I3…
Чтобы вычислить общий ток, необходимо сначала определить токи отдельных ответвлений, используя закон Ома:
I1 = 120 В / 20 Ом = 6 А
I2 = 120 В / 40 Ом = 3 А
I3 = 120 В / 60 Ом = 2 А
IT = 6 A + 3 A + 2 A = 11 A
Сопротивление
Чем больше сопротивлений подключается параллельно, тем меньше общее сопротивление цепи.
Общее сопротивление параллельной цепи всегда меньше любого из отдельных значений сопротивления.
Общее сопротивление обычно определяется с помощью обратного уравнения:
1 / RT = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3…
Использование обратной кнопки калькулятора может упростить определение общего сопротивления.
ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ОТНОШЕНИЯ – Прикладное промышленное электричество
Столетия назад было обнаружено, что определенные типы материалов загадочным образом притягиваются друг к другу после того, как их натерли друг на друга.Например, если натереть кусок шелка о кусок стекла, шелк и стекло будут иметь тенденцию слипаться. Действительно, сила притяжения могла быть продемонстрирована даже тогда, когда два материала были разделены:
Рис. 2.1.Стекло и шелк – не единственные материалы, которые, как известно, ведут себя подобным образом. Любой, кто когда-либо касался латексного шара только для того, чтобы обнаружить, что он пытается прилипнуть к нему, испытал то же самое явление. Парафин и шерстяная ткань – еще одна пара материалов, которые ранние экспериментаторы признали проявляющими силу притяжения после трения друг о друга:
Фигура 2.2Это явление стало еще более интересным, когда было обнаружено, что идентичные материалы после протирания их соответствующей тканью всегда отталкивают друг друга:
Рис. 2.3Также было отмечено, что когда кусок стекла, натертый шелком, подвергается воздействию куска воска, натертого шерстью, два материала будут притягиваться друг к другу:
Рисунок 2.4Кроме того, было обнаружено, что любой материал, демонстрирующий свойства притяжения или отталкивания после того, как его натерли, можно отнести к одной из двух различных категорий: притягиваемый к стеклу и отталкиваемый воском или отталкиваемый стеклом и притягивающийся к воску.Было либо одно, либо другое: не было обнаружено материалов, которые могли бы притягиваться или отталкиваться как стеклом, так и воском, или которые реагировали бы на одно, не реагируя на другое.
Больше внимания уделялось кускам ткани, используемой для растирания. Было обнаружено, что после протирания двух кусков стекла двумя кусками шелковой ткани не только кусочки стекла отталкивались друг от друга, но и ткани. То же самое происходило с кусками шерсти, которыми натирали воск:
Фигура 2.5Это было действительно странно наблюдать. В конце концов, ни один из этих предметов не претерпел видимых изменений в результате трения, но они определенно вели себя иначе, чем до того, как их натерли. Какое бы изменение ни произошло, заставив эти материалы притягиваться или отталкивать друг друга, было незаметно.
Некоторые экспериментаторы предположили, что невидимые «жидкости» переходили от одного объекта к другому в процессе трения и что эти «жидкости» были способны воздействовать на физическую силу на расстоянии.Чарльз Дюфай был одним из первых экспериментаторов, которые продемонстрировали, что существует определенно два разных типа изменений, вызванных трением определенных пар предметов друг о друга. Тот факт, что в этих материалах проявилось более одного типа изменений, был очевиден тем фактом, что были созданы два типа сил: притяжение , и отталкивание , . Гипотетический перенос жидкости стал известен как заряд .
Один исследователь-пионер, Бенджамин Франклин, пришел к выводу, что между натертыми предметами происходил обмен только одной жидкостью, и что два разных «заряда» были не чем иным, как избытком или недостатком этой жидкости.После экспериментов с воском и шерстью Франклин предположил, что грубая шерсть удаляет часть этой невидимой жидкости из гладкого воска, вызывая избыток жидкости на шерсти и недостаток жидкости на воске. Возникающее в результате несоответствие содержания жидкости между шерстью и воском могло вызвать силу притяжения, поскольку жидкость пыталась восстановить прежний баланс между двумя материалами.
Постулирование существования единой «жидкости», которая была получена или потеряна в результате трения, лучше всего объясняет наблюдаемое поведение: все эти материалы аккуратно попадают в одну из двух категорий при трении и, что наиболее важно, что два активных материала трутся о них. друг друга всегда попадали в противоположные категории , о чем свидетельствует их неизменное влечение друг к другу.Другими словами, никогда не было времени, когда два материала терлись друг о друга. и становились либо положительными, либо отрицательными.
После предположения Франклина о том, что шерсть что-то стирает с воска, тип заряда, который был связан с натертым воском, стал известен как «отрицательный» (поскольку предполагалось, что он имеет недостаток жидкости), в то время как тип заряда, связанный с натирание шерсти стало называться «положительным» (потому что предполагалось, что в ней будет избыток жидкости).Он и не подозревал, что его невинное предположение в будущем вызовет много путаницы у изучающих электричество!
Точные измерения электрических зарядов были выполнены французским физиком Шарлем Кулоном в 1780-х годах с помощью устройства под названием крутильные весы , измеряющего силу, создаваемую между двумя электрически заряженными объектами. Результаты работы Кулона привели к разработке единицы электрического заряда, названной в его честь, кулон .Если бы два «точечных» объекта (гипотетические объекты, не имеющие заметной площади поверхности) были бы одинаково заряжены с точностью до 1 кулон и поместили их на расстоянии 1 метра (примерно 1 ярд) друг от друга, то они генерировали бы силу около 9 миллиардов ньютонов (примерно 2 миллиарда фунтов), либо притягивая, либо отталкивая в зависимости от типа задействованных зарядов. Рабочее определение кулона как единицы электрического заряда (в терминах силы, генерируемой между точечными зарядами) оказалось равным избытку или недостатку примерно в 6 250 000 000 000 000 000 электронов.Или, выражаясь обратным образом, один электрон имеет заряд около 0,00000000000000000016 кулонов. Поскольку один электрон является наименьшим из известных носителей электрического заряда, последняя величина заряда электрона определяется как элементарный заряд .
Состав атома
Гораздо позже было обнаружено, что эта «жидкость» на самом деле состоит из очень маленьких кусочков материи, названных электронов , названных так в честь древнегреческого слова, обозначающего янтарь: другого материала, проявляющего заряженные свойства при трении тканью.Эксперименты с тех пор показали, что все объекты состоят из чрезвычайно маленьких «строительных блоков», известных как атомов , и что эти атомы, в свою очередь, состоят из более мелких компонентов, известных как частиц . Три основных частицы, составляющие большинство атомов, называются протонами , нейтронами и электронами . Хотя большинство атомов состоит из протонов, нейтронов и электронов, не все атомы имеют нейтроны; Примером является изотоп протия (1h2) водорода (Водород-1), который является самой легкой и наиболее распространенной формой водорода, которая имеет только один протон и один электрон.Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но если бы мы могли взглянуть на один, он мог бы выглядеть примерно так:
Несмотря на то, что каждый атом в куске материала имеет тенденцию держаться вместе как единое целое, на самом деле между электронами и кластером протонов и нейтронов, находящимся посередине, остается много пустого пространства.
Рис. 2.6Эта грубая модель представляет собой модель элемента углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами. В любом атоме протоны и нейтроны очень прочно связаны друг с другом, что является важным качеством.Плотно связанный сгусток протонов и нейтронов в центре атома называется ядром , и количество протонов в ядре атома определяет его элементарную идентичность: измените количество протонов в ядре атома, и вы измените тип атома, который он есть. Фактически, если вы удалите три протона из ядра атома свинца, вы осуществите мечту старых алхимиков о создании атома золота! Тесное связывание протонов в ядре отвечает за стабильную идентичность химических элементов и неспособность алхимиков осуществить свою мечту.
Нейтроны гораздо меньше влияют на химический характер и идентичность атома, чем протоны, хотя их так же трудно добавить в ядро или удалить из него, поскольку они так прочно связаны. Если добавить или получить нейтроны, атом все равно сохранит ту же химическую идентичность, но его масса немного изменится, и он может приобрести странные ядерные свойства , такие как радиоактивность.
Однако электроны обладают значительно большей свободой передвижения в атоме, чем протоны или нейтроны.Фактически, они могут быть выбиты из своего положения (даже полностью покинув атом!) С гораздо меньшей энергией, чем та, которая требуется для смещения частиц в ядре. Если это произойдет, атом по-прежнему сохраняет свою химическую идентичность, но возникает важный дисбаланс. Электроны и протоны уникальны тем, что они притягиваются друг к другу на расстоянии. Именно это притяжение на расстоянии вызывает притяжение между натертыми объектами, когда электроны удаляются от своих первоначальных атомов и находятся вокруг атомов другого объекта.
Электроны имеют тенденцию отталкивать другие электроны на расстоянии, как и протоны с другими протонами. Единственная причина, по которой протоны связываются вместе в ядре атома, заключается в гораздо более сильной силе, называемой сильной ядерной силой , которая действует только на очень коротких расстояниях. Считается, что из-за такого поведения притяжения / отталкивания между отдельными частицами электроны и протоны имеют противоположные электрические заряды. То есть каждый электрон имеет отрицательный заряд, а каждый протон – положительный.В равных количествах внутри атома они противодействуют присутствию друг друга, так что общий заряд внутри атома равен нулю. Вот почему в изображении атома углерода шесть электронов: чтобы уравновесить электрический заряд шести протонов в ядре. Если электроны уйдут или появятся дополнительные электроны, общий электрический заряд атома будет разбалансирован, в результате чего атом останется «заряженным» в целом, заставив его взаимодействовать с заряженными частицами и другими заряженными атомами поблизости. Нейтроны не притягиваются и не отталкиваются электронами, протонами или даже другими нейтронами и, следовательно, классифицируются как не имеющие никакого заряда.
Процесс прибытия или ухода электронов – это именно то, что происходит при трении определенных комбинаций материалов друг с другом: электроны от атомов одного материала вынуждаются трением покинуть свои соответствующие атомы и переходить к атомам другого материала. Другими словами, электроны составляют «жидкость», выдвинутую Бенджамином Франклином.
Что такое статическое электричество?Результат дисбаланса этой «жидкости» (электронов) между объектами называется статическим электричеством .Это называется «статическим», потому что смещенные электроны имеют тенденцию оставаться неподвижными после перемещения из одного изоляционного материала в другой. В случае воска и шерсти путем дальнейших экспериментов было установлено, что электроны в шерсти фактически передаются атомам воска, что прямо противоположно гипотезе Франклина! В честь того, что Франклин назвал заряд воска «отрицательным», а заряд шерсти «положительным», электроны, как говорят, обладают «отрицательным» зарядным влиянием.Таким образом, объект, атомы которого получили избыток электронов, называется отрицательно заряженным , в то время как объект, атомы которого испытывают недостаток электронов, называется положительно заряженным , как бы сбивает с толку эти обозначения. К тому времени, когда была открыта истинная природа электрической «жидкости», номенклатура электрического заряда Франклина была слишком хорошо известна, чтобы ее можно было легко изменить, и так остается по сей день.
Майкл Фарадей доказал (1832 г.), что статическое электричество такое же, как у батареи или генератора.Статическое электричество по большей части доставляет неудобства. В черный порох и бездымный порох добавлен графит для предотвращения возгорания из-за статического электричества. Это вызывает повреждение чувствительной полупроводниковой схемы. Хотя можно производить двигатели с питанием от статического электричества высокого напряжения и низкого тока, это неэкономично. Немногочисленные практические применения статического электричества включают ксерографическую печать, электростатический воздушный фильтр и высоковольтный генератор Ван де Граафа.
- Все материалы состоят из крошечных «строительных блоков», известных как атомов .
- Все встречающиеся в природе атомы содержат частицы, называемые электронами , протонами и нейтронами , за исключением изотопа протия ( 1 H 1 ) водорода.
- Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд.
- Протоны имеют положительный (+) электрический заряд.
- Нейтроны не имеют электрического заряда.
- Электроны удаляются из атомов намного легче, чем протоны или нейтроны.
- Количество протонов в ядре атома определяет его идентичность как уникального элемента.
Электроны атомов разных типов имеют разную степень свободы передвижения. В некоторых типах материалов, таких как металлы, внешние электроны в атомах настолько слабо связаны, что они хаотично перемещаются в пространстве между атомами этого материала не более чем под влиянием тепловой энергии комнатной температуры.Поскольку эти практически несвязанные электроны могут свободно покидать свои соответствующие атомы и плавать в пространстве между соседними атомами, их часто называют свободными электронами .
Проводники и изоляторыВ других типах материалов, таких как стекло, электроны атомов имеют очень небольшую свободу передвижения. Хотя внешние силы, такие как физическое трение, могут заставить некоторые из этих электронов покинуть свои соответствующие атомы и перейти к атомам другого материала, они не очень легко перемещаются между атомами внутри этого материала.
Эта относительная подвижность электронов в материале известна как электрическая проводимость . Электропроводность определяется типами атомов в материале (количество протонов в ядре каждого атома определяет его химическую идентичность) и тем, как атомы связаны друг с другом. Материалы с высокой подвижностью электронов (много свободных электронов) называются проводниками , а материалы с низкой подвижностью электронов (небольшое количество свободных электронов или их отсутствие) называются изоляторами .
Вот несколько распространенных примеров проводников и изоляторов:
Проводники Изоляторы серебро стекло медь каучук золото масло алюминий асфальт утюг стекловолокно сталь фарфор латунь керамика бронза кварц ртуть (сухой) хлопок графит (сухая) бумага грязная вода (сухое) дерево бетон пластик воздух алмаз чистая вода
Следует понимать, что не все проводящие материалы имеют одинаковый уровень проводимости, и не все изоляторы одинаково устойчивы к движению электронов. Электропроводность аналогична прозрачности некоторых материалов для света: материалы, которые легко «проводят» свет, называются «прозрачными», а те, которые этого не делают, – «непрозрачными». Однако не все прозрачные материалы обладают одинаковой светопроводимостью. Оконное стекло лучше, чем большинство пластиков, и, конечно, лучше, чем «прозрачное» стекловолокно. То же самое и с электрическими проводниками, одни лучше других.Например, серебро – лучший проводник в списке «проводников», предлагая более легкий проход для электронов, чем любой другой упомянутый материал.Грязная вода и бетон также считаются проводниками, но эти материалы обладают значительно меньшей проводимостью, чем любой металл.
Также следует понимать, что некоторые материалы изменяют свои электрические свойства в различных условиях. Например, стекло является очень хорошим изолятором при комнатной температуре, но становится проводником при нагревании до очень высокой температуры. Такие газы, как воздух, обычно изолирующие материалы, также становятся проводящими при нагревании до очень высоких температур. Большинство металлов при нагревании становятся хуже проводниками, а при охлаждении – лучше. Многие проводящие материалы становятся идеально проводящими (это называется сверхпроводимостью , ) при чрезвычайно низких температурах.
Электронный поток / электрический токВ то время как нормальное движение «свободных» электронов в проводнике является случайным, без определенного направления или скорости, электроны могут скоординированно перемещаться через проводящий материал. Это равномерное движение электронов мы называем электричеством или электрическим током .Чтобы быть более точным, его можно было бы назвать динамическим электричеством в отличие от статического электричества , которое представляет собой неподвижное накопление электрического заряда. Так же, как вода, текущая через пустоту трубы, электроны могут перемещаться в пустом пространстве внутри и между атомами проводника. На наш взгляд проводник может показаться твердым, но любой материал, состоящий из атомов, по большей части представляет собой пустое пространство! Аналогия с потоком жидкости настолько уместна, что движение электронов через проводник часто называют «потоком». ”
Здесь можно сделать примечательное наблюдение. Поскольку каждый электрон равномерно движется через проводник, он толкает проводник впереди, так что все электроны движутся вместе как группа. Начало и остановка потока электронов на всем протяжении проводящего пути происходит практически мгновенно от одного конца проводника к другому, даже если движение каждого электрона может быть очень медленным. Примерная аналогия – трубка, заполненная встык мрамором:
Фигура 2.7Трубка полна шариков, так же как проводник полон свободных электронов, готовых к перемещению под внешним воздействием. Если один шарик внезапно вставляется в эту полную трубку с левой стороны, другой шарик немедленно попытается выйти из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик прошел лишь небольшое расстояние, передача движения через трубку происходит практически мгновенно от левого конца к правому, независимо от длины трубки. С электричеством общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света: быстрые 186 000 миль в секунду !!! Однако каждый отдельный электрон проходит через проводник на , намного медленнее.
Электронный поток через проводЕсли мы хотим, чтобы электроны текли в определенном направлении в определенное место, мы должны обеспечить им правильный путь для движения, так же как водопроводчик должен установить трубопровод, чтобы вода текла туда, где он или она хочет, чтобы она текла. Чтобы облегчить это, провода изготавливаются из металлов с высокой проводимостью, таких как медь или алюминий, самых разных размеров.
Помните, что электроны могут течь только тогда, когда у них есть возможность перемещаться в пространстве между атомами материала.Это означает, что электрический ток может присутствовать только там, где существует непрерывный путь из проводящего материала, обеспечивающий канал для прохождения электронов. В аналогии с мрамором, шарики могут течь в левую сторону трубки (и, следовательно, через трубку) тогда и только тогда, когда трубка открыта с правой стороны для вытекания шариков. Если трубка заблокирована с правой стороны, шарики будут просто «скапливаться» внутри трубки, и мраморный «поток» не произойдет. То же самое верно и для электрического тока: непрерывный поток электронов требует наличия непрерывного пути, позволяющего этот поток. Давайте посмотрим на диаграмму, чтобы проиллюстрировать, как это работает:
Рис. 2.8Тонкая сплошная линия (как показано выше) является условным обозначением непрерывного отрезка провода. Поскольку проволока сделана из проводящего материала, такого как медь, составляющие ее атомы имеют много свободных электронов, которые могут легко перемещаться по проволоке. Однако в этом проводе никогда не будет непрерывного или равномерного потока электронов, если им не будет откуда взяться и куда пойти.Добавим гипотетические «Источник» и «Назначение» электрона:
. Рис. 2.9.Теперь, когда Источник электронов проталкивает новые электроны в провод слева, может возникнуть поток электронов через провод (на что указывают стрелки, указывающие слева направо). Однако поток будет прерван, если токопроводящий путь, образованный проволокой, будет нарушен:
Рисунок 2. 10 Целостность цепиПоскольку воздух является изоляционным материалом, а два куска провода разделяет воздушный зазор, некогда непрерывный путь прерван, и электроны не могут течь от источника к месту назначения.Это похоже на разрезание водопроводной трубы на две части и закрытие ее сломанных концов: вода не может течь, если нет выхода из трубы. С точки зрения электричества, у нас было состояние электрической цепи , когда провод был цельным, а теперь эта непрерывность прервана из-за того, что провод был разрезан и отделен.
Если бы мы возьмем другой кусок провода, ведущего к Пункту назначения, и просто вступим в физический контакт с проводом, ведущим к Источнику, у нас снова будет непрерывный путь для движения электронов.Две точки на схеме обозначают физический контакт (металл-металл) между кусочками провода:
Рисунок 2.11Теперь у нас есть непрерывность от Источника до вновь созданного соединения, вниз, вправо и вверх до Назначения. Это аналогично установке тройника в одну из закрытых труб и направлению воды через новый сегмент трубы к месту назначения. Обратите внимание, что по обрыву провода с правой стороны нет электронов, проходящих через него, потому что он больше не является частью полного пути от Источника к Пункту назначения.
Интересно отметить, что из-за этого электрического тока внутри проводов не происходит «износа», в отличие от водопроводных труб, которые в конечном итоге подвергаются коррозии и изнашиваются из-за продолжительных течений. Однако при движении электроны сталкиваются с некоторым трением, и это трение может генерировать тепло в проводнике. Это тема, которую мы рассмотрим более подробно позже.
- В проводящих материалах внешние электроны в каждом атоме могут легко приходить или уходить и называются свободными электронами.
- В изоляционных материалах внешние электроны не так свободно перемещаются.
- Все металлы электропроводны.
- Динамическое электричество или электрический ток – это равномерное движение электронов по проводнику.
- Статическое электричество – это неподвижный (если на изоляторе) накопленный заряд, образованный либо избытком, либо недостатком электронов в объекте. Обычно он образуется путем разделения заряда путем контакта и разделения разнородных материалов.
- Для того, чтобы электроны могли непрерывно (бесконечно) течь через проводник, должен быть полный, непрерывный путь, по которому они могут двигаться как внутрь, так и из этого проводника.
Вы, возможно, задавались вопросом, как заряды могут непрерывно течь в одинаковом направлении по проводам без использования этих гипотетических Источников и Назначений. Для того, чтобы схема источника и назначения работала, оба должны иметь бесконечную емкость для зарядов, чтобы поддерживать непрерывный поток!
Используя аналогию с мрамором и трубкой из предыдущего раздела о проводниках, изоляторах и потоке электронов, мраморный источник и мраморные приемные ведра должны быть бесконечно большими, чтобы вместить достаточно мрамора для «потока» мрамора. выдержанный.
Что такое цепь?Ответ на этот парадокс можно найти в концепции цепи : бесконечный петлевой путь для носителей заряда. Если мы возьмем провод или множество проводов, соединенных встык, и закольтим его так, чтобы он образовал непрерывный путь, у нас есть средства для поддержки равномерного потока заряда, не прибегая к бесконечным источникам и назначениям:
Рисунок 2.12Каждый носитель заряда, движущийся по часовой стрелке в этой цепи, толкает носитель перед ним, который толкает носитель перед ним, и так далее, и так далее, точно так же, как хула-хуп, наполненный шариками.Теперь у нас есть возможность поддерживать непрерывный поток заряда на неопределенный срок без необходимости в бесконечных запасах и свалках. Все, что нам нужно для поддержания этого потока, – это постоянные средства мотивации для этих носителей заряда, о которых мы поговорим в следующем разделе этой главы, посвященном напряжению и току.
Wha t Означает ли это, что цепь roken?Целостность цепи так же важна, как и в прямом проводе. Как и в примере с прямым отрезком провода между Источником и Назначением, любой разрыв в этой цепи предотвратит прохождение заряда через нее:
Рис. 2.13Здесь важно понимать, что не имеет значения, где происходит разрыв . Любое нарушение непрерывности в цепи предотвратит поток заряда по всей цепи. Если не существует непрерывной непрерывной петли из проводящего материала, через которую проходят носители заряда, устойчивый поток просто не может поддерживаться.
Рисунок 2.14- Схема представляет собой непрерывную петлю из проводящего материала, которая позволяет носителям заряда непрерывно проходить через нее без начала и конца.
- Если цепь «разорвана», это означает, что ее проводящие элементы больше не образуют полный путь, и в ней не может происходить непрерывный поток заряда.
- Местоположение разрыва цепи не имеет отношения к ее неспособности поддерживать непрерывный поток заряда. Любой обрыв , в любом месте в цепи предотвращает поток носителей заряда по цепи.
Как упоминалось ранее, нам нужно нечто большее, чем просто непрерывный путь (т. Так же, как мрамор в трубе или вода в трубе, для инициирования потока требуется некоторая сила воздействия. В случае электронов эта сила – это та же сила, которая действует в статическом электричестве: сила, создаваемая дисбалансом электрического заряда.
Если мы возьмем примеры из воска и шерсти, которые были натерты друг с другом, мы обнаружим, что избыток электронов в воске (отрицательный заряд) и недостаток электронов в шерсти (положительный заряд) создают дисбаланс заряда между ними.Этот дисбаланс проявляется как сила притяжения между двумя объектами:
Рисунок 2.15Если между заряженным парафином и шерстью поместить проводящую проволоку, электроны будут проходить через нее, так как некоторые из избыточных электронов воска устремляются через провод, чтобы вернуться к шерсти, восполняя там недостаток электронов:
Рис. 2.16Дисбаланс электронов между атомами воска и атомами шерсти создает силу между двумя материалами. Поскольку электроны не могут перетекать от воска к шерсти, все, что может сделать эта сила, – это притягивать два объекта вместе.
Теперь, когда проводник перекрывает изолирующий зазор, сила заставит электроны течь в однородном направлении через провод, хотя бы на мгновение, пока заряд в этой области не нейтрализуется и сила между воском и шерстью не уменьшится.
Электрический заряд, образованный между этими двумя материалами при трении их друг о друга, служит для хранения определенного количества энергии. Эта энергия мало чем отличается от энергии, накопленной в высоком резервуаре с водой, который выкачивается из пруда нижнего уровня:
Фигура 2.17Влияние силы тяжести на воду в резервуаре создает силу, которая пытается снова опустить воду на более низкий уровень. Если подходящая труба будет проложена от резервуара обратно к пруду, вода под действием силы тяжести потечет вниз из резервуара по трубе:
Рис. 2.18Требуется энергия, чтобы перекачивать воду из пруда с низким уровнем в резервуар с высоким уровнем, и движение воды по трубопроводу обратно к исходному уровню представляет собой высвобождение энергии, накопленной от предыдущей откачки.
Если вода перекачивается на еще более высокий уровень, для этого потребуется еще больше энергии, таким образом, будет сохранено больше энергии, и больше энергии будет высвобождено, если воде будет позволено снова течь по трубе обратно вниз:
Рис. 2.19.Электроны не сильно отличаются. Если мы протираем воск и шерсть вместе, мы «выкачиваем» электроны с их нормальных «уровней», создавая условия, при которых существует сила между парафином и шерстью, поскольку электроны стремятся восстановить свои прежние положения (и балансировать внутри своего тела). соответствующие атомы).Сила, притягивающая электроны обратно в исходное положение вокруг положительных ядер их атомов, аналогична силе гравитации, действующей на воду в резервуаре, пытаясь вернуть ее до прежнего уровня. Так же, как перекачка воды на более высокий уровень приводит к накоплению энергии, «перекачка» электронов для создания дисбаланса электрического заряда приводит к накоплению определенного количества энергии в этом дисбалансе. И точно так же, как обеспечение возможности для воды стекать обратно с высоты резервуара приводит к высвобождению этой накопленной энергии, предоставление возможности электронам течь обратно к их исходным «уровням» приводит к высвобождению накопленной энергии.
Когда носители заряда уравновешены в этом статическом состоянии (точно так же, как вода, неподвижная, высоко в резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией , потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая не была полностью исчерпана. понял еще.
Понятие о напряженииКогда носители заряда находятся в этом статическом состоянии (точно так же, как вода, неподвижная, высоко в резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией, потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая еще не полностью реализована. .
Когда вы терзаете обувь с резиновой подошвой о тканевый ковер в сухой день, вы создаете дисбаланс электрического заряда между вами и ковром. При царапании ногами накапливается энергия в виде дисбаланса зарядов, вытесняемых из их первоначальных мест. Этот заряд (статическое электричество) является стационарным, и вы вообще не заметите, что энергия накапливается. Однако, как только вы положите руку на металлическую дверную ручку (с большой подвижностью электронов для нейтрализации вашего электрического заряда), эта накопленная энергия высвободится в виде внезапного потока заряда через вашу руку, и вы будете воспринимать ее как поражение электрическим током!
Эта потенциальная энергия, накопленная в виде дисбаланса электрического заряда и способная спровоцировать прохождение носителей заряда через проводник, может быть выражена термином, называемым напряжением, которое технически представляет собой меру потенциальной энергии на единицу заряда или что-то вроде того, что физик назвал бы удельную потенциальную энергию.
Определение напряженияОпределяемое в контексте статического электричества, напряжение – это мера работы, необходимой для перемещения единичного заряда из одного места в другое, против силы, которая пытается сохранить баланс электрических зарядов. В контексте источников электроэнергии напряжение – это количество доступной потенциальной энергии (работы, которую необходимо выполнить) на единицу заряда для перемещения зарядов по проводнику. Поскольку напряжение – это выражение потенциальной энергии, представляющее возможность или потенциал высвобождения энергии при перемещении заряда с одного «уровня» на другой, на него всегда ссылаются между двумя точками.Рассмотрим аналогию с водохранилищем:
. Рис. 2.20Из-за разницы в высоте падения существует вероятность того, что гораздо больше энергии будет выпущено из резервуара через трубопровод в точку 2, чем в точку 1. Принцип интуитивно понятен при падении камня: что приводит к при более сильном ударе камень упал с высоты одного фута или тот же камень упал с высоты одной мили?
Очевидно, падение с большей высоты приводит к высвобождению большей энергии (более сильному удару).Мы не можем оценить количество накопленной энергии в водохранилище, просто измерив объем воды, точно так же, как мы можем предсказать серьезность удара падающей породы, просто зная вес породы: в обоих случаях мы также должны учитывать, как далекие эти массы упадут со своей начальной высоты. Количество энергии, высвобождаемой при падении массы, зависит от расстояния между его начальной и конечной точками. Точно так же потенциальная энергия, доступная для перемещения носителей заряда из одной точки в другую, зависит от этих двух точек.Следовательно, напряжение всегда выражается как величина между двумя точками .
Интересно, что аналогия с массой, потенциально «падающей» с одной высоты на другую, является настолько удачной моделью, что напряжение между двумя точками иногда называют падением напряжения .
Генерирующее напряжениеНапряжение можно генерировать другими способами, кроме трения материалов определенных типов друг о друга. Химические реакции, лучистая энергия и влияние магнетизма на проводники – вот несколько способов, которыми может создаваться напряжение.Соответствующими примерами этих трех источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы (например, «генератор переменного тока» под капотом вашего автомобиля). На данный момент мы не будем вдаваться в подробности того, как работает каждый из этих источников напряжения – более важно то, что мы понимаем, как источники напряжения могут применяться для создания потока заряда в электрической цепи.
Давайте возьмем символ химической батареи и поэтапно построим схему:
Рисунок 2.21 Как работают источники напряжения?Любой источник напряжения, включая аккумуляторные батареи, имеет две точки электрического контакта.В этом случае у нас есть точка 1 и точка 2 на приведенной выше диаграмме. Горизонтальные линии различной длины указывают на то, что это батарея, и дополнительно указывают направление, в котором напряжение этой батареи будет пытаться протолкнуть носители заряда по цепи. Тот факт, что горизонтальные линии в символе батареи кажутся разделенными (и, следовательно, не могут служить в качестве пути для потока заряда), не вызывает беспокойства: в реальной жизни эти горизонтальные линии представляют собой металлические пластины, погруженные в жидкий или полутвердый материал. который не только проводит заряды, но и генерирует напряжение, чтобы подтолкнуть их, взаимодействуя с пластинами.
Обратите внимание на маленькие знаки «+» и «-» непосредственно слева от символа батареи. Отрицательный (-) конец батареи всегда является концом с самым коротким тире, а положительный (+) конец батареи всегда является концом с самым длинным тире. Положительный конец батареи – это конец, который пытается вытолкнуть из нее носители заряда (помните, что по традиции мы думаем, что носители заряда заряжены положительно, хотя электроны заряжены отрицательно). Точно так же отрицательный конец – это конец, который пытается привлечь носители заряда.
Если концы «+» и «-» батареи ни к чему не подключены, между этими двумя точками будет напряжение, но не будет потока заряда через батарею, потому что нет непрерывного пути, по которому могут перемещаться носители заряда. .
Рис. 2.22Тот же принцип справедлив и для аналогии с резервуаром для воды и насосом: без возвратной трубы обратно в пруд накопленная энергия в резервуаре не может быть выпущена в виде потока воды. Когда резервуар полностью заполнен, поток не может возникнуть, независимо от того, какое давление может создать насос.Должен быть полный путь (контур) для воды, текущей из пруда в резервуар и обратно в пруд, чтобы иметь место непрерывный поток.
Мы можем обеспечить такой путь для батареи, соединив кусок провода от одного конца батареи к другому. Формируя цепь с петлей из проволоки, мы инициируем непрерывный поток заряда по часовой стрелке:
Рисунок 2.23 Понимание концепции электрического токаПока батарея продолжает вырабатывать напряжение и непрерывность электрического пути не нарушена, носители заряда будут продолжать течь в цепи.Следуя метафоре воды, движущейся по трубе, этот непрерывный, равномерный поток заряда через цепь называется током , током . Пока источник напряжения продолжает «толкать» в одном направлении, носители заряда будут продолжать двигаться в том же направлении в цепи. Этот однонаправленный поток тока называется постоянного тока, или постоянного тока. Во втором томе этой серии книг исследуются электрические цепи, в которых направление тока переключается взад и вперед: Переменный ток, или переменный ток.Но пока мы просто займемся цепями постоянного тока.
Поскольку электрический ток состоит из отдельных носителей заряда, текущих в унисон через проводник, перемещаясь и толкая носители заряда впереди, точно так же, как шарики через трубу или вода через трубу, величина потока в одной цепи будет равна то же самое в любой момент. Если бы мы отслеживали поперечное сечение провода в одной цепи, считая протекающие носители заряда, мы бы заметили точно такое же количество в единицу времени, что и в любой другой части цепи, независимо от длины проводника или проводника. диаметр.
Если мы нарушим непрерывность цепи в любой точке , электрический ток прекратится во всей петле, и полное напряжение, создаваемое батареей, будет проявляться через разрыв, между концами проводов, которые раньше были соединены:
Рисунок 2. 24 Какая у полярность падения напряжения?Обратите внимание на знаки «+» и «-», нарисованные на концах разрыва цепи, и то, как они соответствуют знакам «+» и «-» рядом с выводами аккумулятора.Эти маркеры указывают направление, в котором напряжение пытается протолкнуть ток, это направление потенциала, обычно называемое полярностью , . Помните, что напряжение всегда относительно между двумя точками. По этой причине полярность падения напряжения также является относительной между двумя точками: будет ли точка в цепи помечена знаком «+» или «-», зависит от другой точки, к которой она относится. Взгляните на следующую схему, где каждый угол петли отмечен номером для справки:
Фигура 2.25При нарушении целостности цепи между точками 2 и 3, полярность падения напряжения между точками 2 и 3 будет «+» для точки 2 и «-» для точки 3. Полярность батареи (1 «+» и 4 « – ”) пытается протолкнуть ток через петлю по часовой стрелке от 1 до 2, от 3 до 4 и снова обратно до 1.
Теперь посмотрим, что произойдет, если мы снова соединим точки 2 и 3 вместе, но сделаем разрыв цепи между точками 3 и 4:
Рисунок 2.26При разрыве между 3 и 4 полярность падения напряжения между этими двумя точками будет «-» для 4 и «+» для 3.Обратите особое внимание на то, что «знак» точки 3 противоположен знаку в первом примере, где разрыв был между точками 2 и 3 (где точка 3 была помечена «-»). Мы не можем сказать, что точка 3 в этой цепи всегда будет либо «+», либо «-», потому что полярность, как и само напряжение, не зависит от одной точки, а всегда является относительной между двумя точками!
- Носители заряда могут двигаться через проводник с помощью той же силы, которая проявляется в статическом электричестве.
- Напряжение – это мера удельной потенциальной энергии (потенциальной энергии на единицу заряда) между двумя точками. С точки зрения непрофессионала, это мера «толчка», позволяющая мотивировать обвинение.
- Напряжение, как выражение потенциальной энергии, всегда относительно между двумя местоположениями или точками. Иногда это называют «падением напряжения».
- Когда источник напряжения подключен к цепи, напряжение вызывает равномерный поток носителей заряда через эту цепь, называемый током .
- В одиночной (однопетлевой) схеме величина тока в любой точке такая же, как и величина тока в любой другой точке.
- При разрыве цепи, содержащей источник напряжения, полное напряжение этого источника появится в точках разрыва.
- +/- ориентация падения напряжения называется полярностью . Это также относительное значение между двумя точками.
Схема из предыдущего раздела не очень практична.На самом деле, это может быть довольно опасно строить (прямое соединение полюсов источника напряжения с помощью одного куска провода). Причина, по которой это опасно, заключается в том, что величина электрического тока может быть очень большой в таком коротком замыкании , и выделение энергии может быть очень значительным (обычно в виде тепла).
Обычно электрические цепи строятся таким образом, чтобы максимально безопасно использовать высвобождаемую энергию на практике.
Ток, протекающий через нить накала лампыОдно из практических и популярных применений электрического тока – это электрическое освещение.Самая простая форма электрической лампы – это крошечная металлическая «нить» внутри прозрачной стеклянной колбы, которая накаляется добела («накаливается») с помощью тепловой энергии, когда через нее проходит достаточный электрический ток. Как и батарея, он имеет две токопроводящие точки подключения: одна для тока, а другая – для выхода.
При подключении к источнику напряжения электрическая цепь лампы выглядит примерно так:
Рис. 2.27.Когда ток проходит через тонкую металлическую нить накала лампы, он встречает большее сопротивление движению, чем обычно в толстом куске провода.Это сопротивление электрическому току зависит от типа материала, его площади поперечного сечения и температуры. Технически он известен как сопротивление . (Можно сказать, что у проводников низкое сопротивление, а у изоляторов очень высокое сопротивление.) Это сопротивление служит для ограничения количества тока, проходящего через цепь с заданным значением напряжения, подаваемого батареей, по сравнению с «коротким замыканием», когда у нас не было ничего, кроме провода, соединяющего один конец источника напряжения (батареи) с другим.
Когда ток движется вопреки сопротивлению, возникает «трение». Точно так же, как механическое трение, трение, создаваемое током, протекающим против сопротивления, проявляется в виде тепла. Концентрированное сопротивление нити накала лампы приводит к тому, что на нити рассеивается относительно большое количество тепловой энергии. Этой тепловой энергии достаточно, чтобы нить накаливания стала раскаленной добела, производя свет, в то время как провода, соединяющие лампу с батареей (которые имеют гораздо более низкое сопротивление), едва ли нагреваются, проводя такое же количество тока.
Как и в случае короткого замыкания, если непрерывность цепи нарушена в любой точке, ток прекращается по всей цепи. Если лампа установлена, это означает, что она перестанет светиться:
Рисунок 2.28.Как и раньше, при отсутствии тока, весь потенциал (напряжение) батареи доступен через разрыв, ожидая возможности подключения, чтобы перемыть этот разрыв и позволить току снова течь. Это состояние известно как обрыв цепи , , когда разрыв цепи предотвращает ток повсюду.
Все, что требуется, – это однократное прерывание непрерывности, чтобы «разомкнуть» цепь. После повторного подключения любых разрывов и восстановления непрерывности цепи она называется замкнутой цепью .
Основа для включения лампТо, что мы видим здесь, является основой для включения и выключения ламп с помощью дистанционных выключателей. Поскольку любой разрыв непрерывности цепи приводит к остановке тока по всей цепи, мы можем использовать устройство, предназначенное для преднамеренного разрыва этой непрерывности (называемое переключателем), установленное в любом удобном месте, к которому мы можем провести провода, для управления потоком ток в цепи:
Фигура 2. 29Таким образом, выключатель, установленный на стене дома, может управлять лампой, установленной в длинном коридоре или даже в другой комнате, вдали от выключателя. Сам переключатель состоит из пары токопроводящих контактов (обычно сделанных из какого-то металла), соединенных между собой механическим рычажным приводом или кнопкой. Когда контакты соприкасаются друг с другом, ток может течь от одного к другому, и устанавливается непрерывность цепи. Когда контакты разделены, ток от одного к другому предотвращается воздушной изоляцией между ними, и непрерывность цепи нарушается.
РубильникВозможно, лучший вид переключателя, который можно показать для иллюстрации основного принципа, – это «рубильник»:
Рис. 2.30Рубильник – это не что иное, как токопроводящий рычаг, свободно поворачивающийся на шарнире, вступающий в физический контакт с одной или несколькими неподвижными точками контакта, которые также являются токопроводящими.
Переключатель, показанный на иллюстрации выше, построен на фарфоровой основе (отличный изоляционный материал) с использованием меди (отличный проводник) для «лезвий» и точек контакта. Ручка сделана из пластика, чтобы изолировать руку оператора от токопроводящего лезвия переключателя при его открытии или закрытии.
Вот еще один тип рубильника, с двумя неподвижными контактами вместо одного:
Рис. 2.31Конкретный рубильник, показанный здесь, имеет одно «лезвие», но два неподвижных контакта, что означает, что он может замыкать или размыкать более одной цепи. На данный момент это не так важно, чтобы знать, просто базовая концепция того, что такое переключатель и как он работает.Рубильные переключатели отлично подходят для иллюстрации основного принципа работы переключателя, но они представляют определенные проблемы безопасности при использовании в электрических цепях большой мощности. Открытые проводники рубильника делают случайный контакт с цепью, и любая искра, которая может возникнуть между движущимся ножом и неподвижным контактом, может воспламенить любые расположенные поблизости легковоспламеняющиеся материалы. В большинстве современных конструкций переключателей движущиеся проводники и точки контакта герметично закрыты изолирующим кожухом, чтобы уменьшить эти опасности. Фотография нескольких современных типов переключателей показывает, что механизмы переключения гораздо более скрыты, чем в конструкции ножа:
Рисунок 2.32 Открытые и закрытые контурыВ соответствии с терминологией цепей «разомкнутый» и «замкнутый», переключатель, который устанавливает контакт от одной клеммы подключения к другой (пример: рубильник с лезвием, полностью касающимся неподвижной точки контакта), обеспечивает непрерывность подачи тока в протекает и называется переключателем , замкнутым, .
И наоборот, выключатель, который нарушает целостность цепи (пример: рубильник с лезвием , не касающимся неподвижной точки контакта), не пропускает ток и называется выключателем , разомкнутым . Эта терминология часто сбивает с толку новичков, изучающих электронику, потому что слова «открытый» и «закрытый» обычно понимаются в контексте двери, где «открытый» приравнивается к свободному проходу, а «закрытый» – к блокировке. В случае электрических переключателей эти термины имеют противоположные значения: «открытый» означает отсутствие потока, а «закрытый» означает свободное прохождение электрического тока.
- Сопротивление – это мера сопротивления электрическому току.
- Короткое замыкание представляет собой электрическую цепь, которая практически не оказывает сопротивления протеканию тока. Короткие замыкания опасны для источников питания высокого напряжения, поскольку возникающие высокие токи могут вызвать выделение большого количества тепловой энергии.
- Разрыв цепи – это цепь, в которой непрерывность была нарушена из-за прерывания пути прохождения тока.
- Замкнутый контур – это законченный, с хорошей непрерывностью на всем протяжении.
- Устройство, предназначенное для размыкания или замыкания цепи в контролируемых условиях, называется переключателем .
- Термины «разомкнут», и «замкнут» относятся как к переключателям, так и ко всем цепям. Открытый переключатель – это переключатель без непрерывности: ток не может течь через него. Замкнутый переключатель – это переключатель, который обеспечивает прямой (с низким сопротивлением) путь для прохождения тока.
Поскольку соотношение между напряжением, током и сопротивлением в любой цепи настолько регулярное, мы можем надежно контролировать любую переменную в цепи, просто управляя двумя другими. Возможно, самой простой переменной в любой цепи для управления является ее сопротивление. Это можно сделать, изменив материал, размер и форму проводящих компонентов (помните, как тонкая металлическая нить накала лампы создавала большее электрическое сопротивление, чем толстый провод?).
Что такое резистор?Специальные компоненты, называемые резисторами, производятся специально для создания точного количества сопротивления для вставки в цепь.Обычно они изготавливаются из металлической проволоки или углерода и спроектированы так, чтобы поддерживать стабильное значение сопротивления в широком диапазоне условий окружающей среды. В отличие от ламп, они не излучают свет, но выделяют тепло, поскольку электрическая энергия рассеивается ими в рабочем контуре. Однако, как правило, резистор предназначен не для выработки полезного тепла, а просто для обеспечения точного количества электрического сопротивления.
Условные обозначения и значения на схеме резистораНаиболее распространенным условным обозначением резистора на схеме является зигзагообразная линия:
Фигура 2.33Значения резисторов в омах обычно отображаются как смежные числа, и если в цепи присутствует несколько резисторов, они будут помечены уникальным идентификационным номером, например R 1 , R 2 , R 3 , и т.д. Как видите, символы резисторов могут отображаться как по горизонтали, так и по вертикали:
Рис. 2.34.Реальные резисторы совсем не похожи на зигзагообразный символ. Вместо этого они выглядят как маленькие трубки или цилиндры с двумя торчащими проводами для подключения к цепи. Вот образцы резисторов разных типов и размеров:
Рисунок 2.35В соответствии с их внешним видом альтернативный схематический символ резистора выглядит как небольшая прямоугольная коробка:
Рис. 2.36. Можно также показать, что резисторыимеют переменное, а не фиксированное сопротивление. Это может быть сделано с целью описания реального физического устройства, разработанного с целью обеспечения регулируемого сопротивления, или может быть для того, чтобы показать какой-то компонент, который просто случайно имеет нестабильное сопротивление:
Фигура 2.37
Фактически, каждый раз, когда вы видите символ компонента, нарисованный через диагональную стрелку, этот компонент имеет переменную, а не фиксированное значение. Этот «модификатор» символа (диагональная стрелка) является стандартным условием для электронных символов.Переменные резисторы должны иметь какие-либо физические средства регулировки, либо вращающийся вал, либо рычаг, который можно перемещать для изменения величины электрического сопротивления. На фотографии показаны некоторые устройства, называемые потенциометрами, которые можно использовать как переменные резисторы:
Фигура 2.38 Номинальная мощность резисторовПоскольку резисторы рассеивают тепловую энергию, поскольку электрические токи через них преодолевают «трение» их сопротивления, резисторы также оцениваются с точки зрения того, сколько тепловой энергии они могут рассеять без перегрева и повреждений. Естественно, эта номинальная мощность указывается в физических единицах измерения «ватты». Большинство резисторов, используемых в небольших электронных устройствах, таких как портативные радиоприемники, рассчитаны на 1/4 (0,25) Вт или меньше. Номинальная мощность любого резистора примерно пропорциональна его физическому размеру.Обратите внимание на первую фотографию резистора, как номинальная мощность соотносится с размером: чем больше резистор, тем выше его номинальная рассеиваемая мощность. Также обратите внимание, что сопротивление (в омах) не имеет ничего общего с размером!
Хотя сейчас может показаться бессмысленным иметь устройство, которое ничего не делает, кроме сопротивления электрическому току, резисторы – чрезвычайно полезные устройства в схемах. Поскольку они просты и широко используются в мире электричества и электроники, мы потратим много времени на анализ схем, состоящих только из резисторов и батарей.
Чем полезны резисторы?Для практической иллюстрации полезности резисторов, рассмотрите фотографию ниже. Это изображение печатной платы или печатной платы: сборка, состоящая из прослоенных слоев изоляционной фенольной волокнистой платы и проводящих медных полос, в которые можно вставлять компоненты и закреплять их с помощью процесса низкотемпературной сварки, называемого «пайкой». Различные компоненты на этой печатной плате обозначены печатными этикетками. Резисторы обозначаются любой этикеткой, начинающейся с буквы «R».
Рисунок 2.39Эта конкретная печатная плата представляет собой компьютерный аксессуар, называемый «модемом», который позволяет передавать цифровую информацию по телефонным линиям. На плате этого модема можно увидеть как минимум дюжину резисторов (все с мощностью рассеиваемой мощности 1/4 Вт). Каждый из черных прямоугольников (называемых «интегральными схемами» или «микросхемами») также содержит собственный массив резисторов для своих внутренних функций. Другой пример печатной платы показывает резисторы, упакованные в еще меньшие блоки, называемые «устройствами для поверхностного монтажа».Эта конкретная печатная плата является нижней стороной жесткого диска персонального компьютера, и снова припаянные к ней резисторы обозначены этикетками, начинающимися с буквы «R»:
Рисунок 2.40На этой печатной плате более сотни резисторов для поверхностного монтажа, и это количество, конечно, не включает количество резисторов, встроенных в черные «микросхемы». Эти две фотографии должны убедить любого, что резисторы – устройства, которые «просто» препятствуют прохождению электрического тока, – очень важные компоненты в области электроники!
«Нагрузка» на принципиальных схемахВ схематических диаграммах символы резисторов иногда используются для иллюстрации любого общего типа устройства в цепи, выполняющего что-то полезное с электрической энергией. Любое неспецифическое электрическое устройство обычно называется нагрузкой, поэтому, если вы видите схематическую диаграмму, показывающую символ резистора с пометкой «нагрузка», особенно в учебной принципиальной схеме, объясняющей некоторые концепции, не связанные с фактическим использованием электроэнергии, этот символ может просто быть своего рода сокращенным представлением чего-то еще более практичного, чем резистор.
Анализ цепей резисторовЧтобы обобщить то, что мы узнали в этом уроке, давайте проанализируем следующую схему, определив все, что мы можем, исходя из предоставленной информации:
Фигура 2.41Все, что нам здесь дано для начала, – это напряжение батареи (10 вольт) и ток цепи (2 ампера). Нам неизвестно сопротивление резистора в Ом или рассеиваемая им мощность в ваттах. Изучая наш массив уравнений закона Ома, мы находим два уравнения, которые дают нам ответы на основе известных величин напряжения и тока:
Закон Ома[латекс] R = \ frac {E} {I} \ tag {2. 1} [/ латекс]
Уравнение мощности[латекс] P = IE \ tag {2.2} [/ латекс]
Подставляя известные величины напряжения (E) и тока (I) в эти два уравнения, мы можем определить сопротивление цепи (R) и рассеиваемую мощность (P):
Закон Ома:[латекс] R \: = \ frac {10V} {2A} = 5 \ Omega [/ latex]
Степенной закон:[латекс] P = (2A) (10 В) = (20 Вт) [/ латекс]
Для условий цепи 10 В и 2 А сопротивление резистора должно быть 5 Ом.Если бы мы проектировали схему для работы при этих значениях, нам пришлось бы указать резистор с минимальной номинальной мощностью 20 Вт, иначе он перегреется и выйдет из строя.
Материалы резистора Резисторымогут быть изготовлены из самых разных материалов, каждый со своими свойствами и областями применения. Большинство инженеров-электриков используют следующие типы:
Резисторы с проволочной обмоткой Резисторы с проволочной обмоткойизготавливаются путем наматывания резистивного провода вокруг непроводящего сердечника по спирали. Обычно они производятся для высокоточных и силовых приложений. Сердечник обычно изготавливается из керамики или стекловолокна, а резистивный провод из никель-хромового сплава не подходит для приложений с частотами выше 50 кГц. Низкий уровень шума и устойчивость к колебаниям температуры являются стандартными характеристиками проволочных резисторов. Доступны значения сопротивления от 0,1 до 100 кВт с точностью от 0,1% до 20%.
Резисторы металлопленочныеНитрид тантала или нихрома обычно используется для изготовления металлопленочных резисторов.Комбинация керамического материала и металла обычно составляет резистивный материал. Значение сопротивления изменяется путем вырезания спирального рисунка в пленке, очень похоже на углеродную пленку с помощью лазера или абразива. Металлопленочные резисторы обычно менее устойчивы к температуре, чем резисторы с проволочной обмоткой, но лучше справляются с более высокими частотами.
Металлооксидные пленочные резисторыВ металлооксидных резисторах используются оксиды металлов, такие как оксид олова, что немного отличает их от металлических пленочных резисторов. Эти резисторы надежны и стабильны и работают при более высоких температурах, чем металлопленочные резисторы. Из-за этого металлооксидные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой прочности.
Резисторы фольговыеРазработанный в 1960-х годах резистор из фольги до сих пор остается одним из самых точных и стабильных типов резисторов, которые вы найдете и используются в приложениях с высокими требованиями к точности. Керамическая подложка, к которой приклеена тонкая объемная металлическая фольга, составляет резистивный элемент.Фольговые резисторы имеют очень низкотемпературный коэффициент сопротивления.
Резисторы из углеродного состава (CCR)До 1960-х годов резисторы из углеродного состава были стандартом для большинства приложений. Они надежны, но не очень точны (их допуск не может быть лучше примерно 5%). Смесь мелких частиц углерода и непроводящего керамического материала используется для резистивного элемента резисторов CCR. Вещество формуют в форме цилиндра и запекают.Размеры корпуса и соотношение углерода и керамики определяют величину сопротивления. Использование большего количества углерода в процессе означает меньшее сопротивление. Резисторы CCR по-прежнему полезны для определенных приложений из-за их способности выдерживать импульсы высокой энергии, хорошим примером применения может быть источник питания.
Резисторы углеродные пленочныеУглеродные пленочные резисторы имеют тонкую углеродную пленку (со спиралью, вырезанной в пленке для увеличения резистивного пути) на изолирующем цилиндрическом сердечнике.Это позволяет получить более точное значение сопротивления, а также увеличивает значение сопротивления. Резисторы из углеродной пленки намного точнее, чем резисторы из углеродной композиции. Специальные углеродные пленочные резисторы используются в приложениях, требующих высокой импульсной стабильности.
Показатели эффективности (КПЭ)Ключевые показатели эффективности для каждого материала резистора можно найти ниже:
Характеристика Металлическая пленка Толстая металлическая пленка Прецизионная металлическая пленка Углеродный состав Углеродная пленка Темп. диапазон -55 + 125 -55 + 130 -55 + 155 -40 + 105 .55 + 155 Макс. темп. коэфф. 100 100 15 1200 250–1000 Vмакс 200-350 250 200 350-500 350-500 Шум (мкВ на вольт приложенного постоянного тока) 0,5 0,1 0.1 4 (100 КБ) 5 (100 КБ) R Insul. 10000 10000 10000 10000 10000 Припой (% изменения значения сопротивления) 0,20% 0,15% 0,02% 2% 0,50% Влажное тепло (изменение значения сопротивления в%) 0,50% 1% 0,50% 15% 3.50% Срок годности (% изменения значения сопротивления) 0,10% 0,10% 0,00% 5% 2% Полный рейтинг (2000 ч при 70 ° C) 1% 1% 0,03% 10% 4% - Устройства, называемые резисторами, созданы для обеспечения точного значения сопротивления в электрических цепях. Резисторы оцениваются как по их сопротивлению (Ом), так и по их способности рассеивать тепловую энергию (ватты).
- Номинальное сопротивление резистора не может быть определено по физическому размеру резистора (ов), о котором идет речь, хотя приблизительные номинальные значения мощности могут. Чем больше резистор, тем большую мощность он может рассеять без повреждений.
- Любое устройство, которое выполняет некоторые полезные задачи с помощью электроэнергии, обычно называют нагрузкой. Иногда символы резисторов используются в схематических диаграммах для обозначения неспецифической нагрузки, а не фактического резистора.
Поскольку требуется энергия, чтобы заставить заряд течь вопреки сопротивлению, напряжение будет проявляться (или «падать») между любыми точками в цепи с сопротивлением между ними.
Важно отметить, что, хотя величина тока (т. Е. Количество заряда, проходящего мимо заданной точки каждую секунду) в простой схеме одинакова, величина напряжения (потенциальная энергия на единицу заряда) между различными наборами точек в одном контуре могут значительно отличаться:
Рисунок 2. 42Возьмем эту схему в качестве примера. Если мы обозначим четыре точки в этой цепи номерами 1, 2, 3 и 4, мы обнаружим, что количество тока, проводимого через провод между точками 1 и 2, точно такое же, как количество тока, проводимого через лампу. (между пунктами 2 и 3).Такое же количество тока проходит по проводу между точками 3 и 4 и через батарею (между точками 1 и 4).
Однако мы обнаружим, что напряжение, возникающее между любыми двумя из этих точек, прямо пропорционально сопротивлению в пределах проводящего пути между этими двумя точками, учитывая, что величина тока на любой части пути цепи одинакова (что, для этой простой схемы это так).
В нормальной цепи лампы сопротивление лампы будет намного больше, чем сопротивление соединительных проводов, поэтому следует ожидать появления значительного напряжения между точками 2 и 3 и очень небольшого напряжения между точками 1 и 2, или от 3 до 4.Напряжение между точками 1 и 4, конечно же, будет полной «силой», обеспечиваемой батареей, которая будет лишь немного больше, чем напряжение на лампе (между точками 2 и 3).
Это, опять же, аналог системы резервуаров для воды:
Рисунок 2.43Между точками 2 и 3, где падающая вода высвобождает энергию в водяном колесе, существует разница давлений между двумя точками, отражающая противодействие потоку воды через водяное колесо.От точки 1 к точке 2 или от точки 3 к точке 4, где вода течет свободно через резервуары с небольшим сопротивлением, разница давлений мала или отсутствует (нет потенциальной энергии). Однако скорость потока воды в этой непрерывной системе везде одинакова (при условии, что уровни воды в пруду и водохранилище неизменны): через насос, через водяное колесо и через все трубы.
То же самое и с простыми электрическими цепями: ток одинаков в каждой точке цепи, хотя напряжения могут различаться в разных наборах точек
Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».
Напряжение, ток и сопротивлениеЭлектрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда через проводники цепи называется током , , и его часто называют «потоком», как поток жидкости через полую трубу.
Сила, побуждающая носители заряда «течь» в цепи, называется напряжением .Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенном количестве напряжения, присутствующем в цепи, мы имеем в виду измерение того, сколько потенциальной энергии существует для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки в этой цепи в другую конкретную точку. Без ссылки на , две конкретные точки , термин «напряжение» не имеет значения.
Ток имеет тенденцию проходить через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением . Сила тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующей прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, относительная между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» или «поперек» двух точек в цепи.
Единицы измерения: вольт, ампер и омЧтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, мы должны уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любой другой вид физической величины.Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. Вот стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:
Таблица 2.1«Символ», указанный для каждой величины, представляет собой стандартную буквенную букву, используемую для представления этой величины в алгебраическом уравнении. Подобные стандартизированные буквы распространены в физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире.«Аббревиатура единицы» для каждой величины представляет собой алфавитный символ, используемый в качестве сокращенного обозначения для ее конкретной единицы измерения. И да, этот странно выглядящий символ «подкова» – это заглавная греческая буква Ω, просто символ иностранного алфавита (извинения перед читателями-греками).
Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: amp в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта и Ом в честь немца Георга Симона Ома.
Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя, тогда как «I» для тока кажется немного странным. Считается, что буква «I» должна обозначать «интенсивность» (потока заряда), а другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу». Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «я». Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах зарезервировано «E» для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор) и «V» для обозначения напряжения на любом другом элементе.
Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (называемого «мгновенным» значением). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», в то время как пик напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда он попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначается строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы обозначить это значение как имеющееся в один момент времени.Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений постоянного тока (DC), которые стабильны во времени, будут обозначены заглавными буквами.
Кулон и электрический зарядОдной из основных единиц измерения электрического тока, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, является единица кулонов , которая представляет собой меру электрического заряда, пропорционального количеству электронов в несбалансированном состоянии.Один кулон заряда равен 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается заглавной буквой «C». Бывает так, что единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящего через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этих терминах ток – это скорость движения электрического заряда по проводнику.
Как указывалось ранее, напряжение является мерой потенциальной энергии на единицу заряда , доступной для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общая метрическая единица для энергии любого вида – джоуль , равная количеству работы, выполненной силой в 1 ньютон, приложенной при движении на 1 метр (в том же направлении). В британских подразделениях это чуть меньше 3/4 фунта силы, приложенной на расстоянии 1 фута. Проще говоря, требуется около 1 джоуля энергии, чтобы поднять гирю весом 3/4 фунта на 1 фут от земли или перетащить что-то на расстояние 1 фут, используя параллельную тяговую силу 3/4 фунта.В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленный на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.
Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.
Уравнения закона Ома Принципиальное открытиеОма заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему при любой заданной температуре. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:
[латекс] E = IR \ tag {2.3} [/ латекс]
В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя методы алгебры, мы можем преобразовать это уравнение в два варианта, решая для I и R соответственно:
[латекс] I = \ frac {E} {R} \ tag {2.4} [/ латекс]
[латекс] R = \ frac {E} {I} \ tag {2.5} [/ латекс]
Анализ простых схем с помощью закона ОмаДавайте посмотрим, как эти уравнения могут работать, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:
Рисунок 2.44В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применять закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.
В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):
Рисунок 2.45Какая величина тока (I) в этой цепи?
[латекс] I = \ frac {E} {R} [/ latex] [латекс] = \ frac {12V} {3 \ Omega} = 4A [/ latex]
В этом втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):
Какое сопротивление (R) дает лампа?
[латекс] R = \ frac {E} {I} [/ latex] [latex] = \ frac {36V} {4A} = 9 \ Omega [/ latex]
В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):
Фигура 2.46Какое напряжение обеспечивает аккумулятор?
[латекс] E = IR [/ латекс] [латекс] = (2A) (7 \ Omega) = 14V [/ латекс]
Метод треугольника закона Ома ЗаконОма – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что серьезный студент должен запомнить его. Для тех, кто еще не знаком с алгеброй, есть уловка, позволяющая вспомнить, как найти любую одну величину с учетом двух других.Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:
Рисунок 2.45
Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:
Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:
Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:
В конце концов, вам придется быть знакомым с алгеброй, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений.Если вы хорошо разбираетесь в алгебре, все, что вам нужно сделать, это зафиксировать E = IR в памяти и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!- Напряжение измеряется в вольт , обозначается буквами «E» или «V».
- Ток измеряется в ампер , обозначается буквой «I».
- Сопротивление измеряется в Ом , обозначается буквой «R».
- [латекс] \ text {Закон Ома:} E = IR [/ latex]; [латекс] I = \ frac {E} {R} [/ latex]; [латекс] R = \ frac {E} {I} [/ latex]
Мы видели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в вольтах на ток в амперах, мы получаем ответ в ваттах.”Давайте применим это к примеру схемы:
В приведенной выше схеме мы знаем, что у нас напряжение батареи 18 В и сопротивление лампы 3 Ом. Используя закон Ома для определения силы тока, получаем:
[латекс] I = \ frac {E} {R} [/ latex] [latex] = \ frac {18V} {3 \ Omega} = 6A [/ latex]
Теперь, когда мы знаем ток, мы можем взять это значение и умножить его на напряжение, чтобы определить мощность:
[латекс] P = IE [/ латекс] [латекс] = (6A) (18 В) = 108 Вт [/ латекс]
Это говорит нам о том, что лампа рассеивает (выделяет) 108 Вт мощности, скорее всего, в форме света и тепла.
Повышение напряжения АКБДавайте попробуем взять ту же схему и увеличить напряжение батареи, чтобы увидеть, что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что ток в цепи будет увеличиваться с увеличением напряжения, а сопротивление лампы останется прежним. Так же увеличится и мощность:
Теперь напряжение батареи 36 вольт вместо 18 вольт. Лампа по-прежнему обеспечивает электрическое сопротивление 3 Ом для прохождения тока. Текущий сейчас:
[латекс] I = \ frac {E} {R} [/ latex] [латекс] = \ frac {36V} {3 \ Omega} = 12A [/ латекс]
Это понятно: если I = E / R, и мы удваиваем E, а R остается неизменным, ток должен удвоиться.Действительно, есть: теперь у нас 12 ампер тока вместо 6. А что насчет мощности?
[латекс] P = IE [/ латекс] [латекс] = (12A) (36V) = 432W [/ латекс]
Как повышение напряжения батареи влияет на мощность?Обратите внимание, что мощность увеличилась так, как мы могли подозревать, но она увеличилась немного больше, чем ток. {2} R [/ latex]
Закон Джоуля Закон против.Закон ОмаИсторическая справка: именно Джеймс Прескотт Джоуль, а не Георг Саймон Ом первым открыл математическую связь между рассеиваемой мощностью и током через сопротивление. Это открытие, опубликованное в 1841 году, имело форму последнего уравнения (P = I 2 R) и широко известно как закон Джоуля. Однако эти уравнения мощности настолько часто связаны с уравнениями закона Ома, связывающими напряжение, ток и сопротивление (E = IR; I = E / R; и R = E / I), что их часто приписывают Ому.{2}} {R} [/ латекс]
До сих пор мы анализировали схемы с одной батареей и одним резистором без учета соединительных проводов между компонентами, пока формируется полная цепь. Имеет ли значение для наших расчетов длина провода или «форма» цепи? Давайте посмотрим на несколько принципиальных схем и узнаем:
Рис. 2.49Когда мы рисуем провода, соединяющие точки в электрической цепи, мы обычно предполагаем, что эти провода имеют незначительное сопротивление. Как таковые, они не вносят заметного влияния на общее сопротивление цепи, и поэтому единственное сопротивление, с которым нам приходится бороться, – это сопротивление компонентов.В приведенных выше схемах единственное сопротивление исходит от резисторов 5 Ом, так что это все, что мы будем учитывать в наших расчетах. В реальной жизни металлические провода от до имеют сопротивление (как и источники питания!), Но эти сопротивления, как правило, намного меньше, чем сопротивление, присутствующее в других компонентах схемы, что их можно безопасно игнорировать. Исключения из этого правила существуют в электропроводке энергосистемы, где даже очень небольшое сопротивление проводника может вызвать значительные падения напряжения при нормальных (высоких) уровнях тока.
Электрически общие точки в цепиЕсли сопротивление соединительного провода очень мало или отсутствует, мы можем рассматривать соединенные точки в цепи как электрически общие . То есть точки 1 и 2 в вышеуказанных схемах могут быть физически соединены близко друг к другу или далеко друг от друга, и это не имеет значения для любых измерений напряжения или сопротивления относительно этих точек. То же самое касается точек 3 и 4. Это как если бы концы резистора были присоединены непосредственно к клеммам батареи, что касается наших расчетов по закону Ома и измерений напряжения.Это полезно знать, потому что это означает, что вы можете заново нарисовать принципиальную схему или повторно подключить схему, сокращая или удлиняя провода по желанию, не оказывая заметного влияния на работу схемы. Важно только то, что компоненты прикрепляются друг к другу в одинаковой последовательности.
Это также означает, что измерения напряжения между наборами «электрически общих» точек будут одинаковыми. То есть напряжение между точками 1 и 4 (непосредственно на батарее) будет таким же, как напряжение между точками 2 и 3 (непосредственно на резисторе).Внимательно посмотрите на следующую схему и попытайтесь определить, какие точки являются общими друг для друга:
Рисунок 2. 50Здесь у нас есть только 2 компонента, не считая проводов: батарея и резистор. Хотя соединительные провода образуют законченную цепь извилистым путем, на пути тока есть несколько электрически общих точек. Точки 1, 2 и 3 являются общими друг для друга, потому что они напрямую связаны друг с другом проводом. То же самое касается точек 4, 5 и 6.
Напряжение между точками 1 и 6 составляет 10 вольт, идущее прямо от батареи.Однако, поскольку точки 5 и 4 являются общими для 6, а точки 2 и 3 являются общими для 1, те же 10 вольт также существуют между этими другими парами точек:
- Между точками 1 и 4 = 10 вольт
- Между точками 2 и 4 = 10 вольт
- Между точками 3 и 4 = 10 В (непосредственно через резистор)
- Между точками 1 и 5 = 10 В Между точками 2 и 5 = 10 В
- Между точками 3 и 5 = 10 В Между точками 1 и 6 = 10 В (непосредственно через батарею)
- Между точками 2 и 6 = 10 В Между точками 3 и 6 = 10 В
Поскольку электрически общие точки соединены вместе проводом (нулевого сопротивления), между ними нет значительного падения напряжения, независимо от величины тока, проводимого от одной к другой через этот соединительный провод. Таким образом, если бы мы считали напряжения между общими точками, мы должны были бы показать (практически) ноль:
- Между точками 1 и 2 = 0 вольт
- Точки 1, 2 и 3 между точками 2 и 3 = 0 вольт электрически общие
- Между точками 1 и 3 = 0 вольт
- Между точками 4 и 5 = 0 вольт
- Точки 4, 5 и 6 между точками 5 и 6 = 0 вольт электрически общий
- Между точками 4 и 6 = 0 вольт
Это тоже имеет смысл математически.С батареей на 10 В и резистором 5 Ом ток в цепи будет 2 ампера. Если сопротивление провода равно нулю, падение напряжения на любом непрерывном участке провода можно определить с помощью закона Ома как такового:
[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (2A) (0 \ Omega) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 0V} [/ латекс]
Должно быть очевидно, что рассчитанное падение напряжения на любой непрерывной длине провода в цепи, где предполагается, что провод имеет нулевое сопротивление, всегда будет равно нулю, независимо от величины тока, поскольку ноль, умноженный на что-либо, равен нулю.
Поскольку общие точки в цепи будут иметь одинаковые значения относительного напряжения и сопротивления, провода, соединяющие общие точки, часто имеют одно и то же обозначение. Это не означает, что точки подключения клеммы обозначены одинаково, только соединительные провода. Возьмем для примера эту схему:
Рисунок 2.56.Точки 1, 2 и 3 являются общими друг для друга, поэтому точки подключения проводов 1–2 обозначены так же (провод 2), что и точки подключения проводов 2–3 (провод 2).В реальной схеме провод, тянущийся от точки 1 до 2, может даже не быть того же цвета или размера, что и провод, соединяющий точку 2 и 3, но они должны иметь точно такую же метку. То же самое касается проводов, соединяющих точки 6, 5 и 4.
Падение напряжения должно равняться нулю в общих точкахЗнание того, что электрически общие точки имеют нулевое падение напряжения, является ценным принципом поиска и устранения неисправностей. Если я измеряю напряжение между точками в цепи, которые должны быть общими друг для друга, я должен показывать ноль. Если, однако, я обнаружил значительное напряжение между этими двумя точками, то я с уверенностью знаю, что они не могут быть напрямую соединены друг с другом. Если эти точки предположительно являются электрически общими , но они регистрируются иначе, то я знаю, что между этими точками существует «открытый сбой».
Нулевое напряжение технически означает незначительное напряжениеПоследнее замечание: для большинства практических целей можно предположить, что проводники имеют нулевое сопротивление от конца до конца.В действительности, однако, всегда будет небольшое сопротивление по длине провода, если только это не сверхпроводящий провод. Зная это, мы должны иметь в виду, что изученные здесь принципы, касающиеся электрических общих точек, в значительной степени действительны, но не для абсолютной градуса. То есть правило, согласно которому между электрически общими точками гарантированно будет нулевое напряжение, более точно сформулировано как таковое: между электрически общими точками будет очень небольшое падение напряжения . Этот небольшой, практически неизбежный след сопротивления, обнаруживаемый в любом куске соединительного провода, должен создавать небольшое напряжение по всей его длине, когда через него проходит ток. Пока вы понимаете, что эти правила основаны на идеальных условиях , вы не будете недоумевать, когда столкнетесь с каким-либо условием, которое кажется исключением из правила.
- Предполагается, что соединительные провода в цепи имеют нулевое сопротивление, если не указано иное.
- Провода в цепи можно укорачивать или удлинять, не влияя на работу схемы – все, что имеет значение, – это то, что компоненты подключены друг к другу в одной и той же последовательности.
- Точки, напрямую соединенные в цепь нулевым сопротивлением (проводом), считаются электрически общими .
- Электрически общие точки с нулевым сопротивлением между ними будут иметь нулевое падение напряжения между ними, независимо от величины тока (в идеале).
- Показания напряжения или сопротивления между наборами электрически общих точек будут одинаковыми.