Формула напряжение на участке цепи: Напряжение на участке электрической цепи – формула для расчета

Содержание

Закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи.

Цель: формирование знаний о взаимосвязи силы тока, напряжения и сопротивления на участке цепи.

Задачи:

Образовательная:

1) силы тока от напряжения на концах проводника, если при этом сопротивление проводника не меняется;

2) силы тока от сопротивления участка цепи, если при этом напряжение остается постоянным;

  • сделать вывод о взаимосвязи силы тока, напряжения и сопротивления;

  • Показать практическое применение закона Ома.

Развивающая:

  • развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;

  • продолжить формирование умений пользоваться теоретическими и экспериментальными методами физической науки для обоснования выводов по изучаемой теме и для решения задач.

Воспитательная:

  • развивать познавательный интерес к предмету;

  • воспитывать культуру речи и культуру работы в коллективе, тренировка рационального метода запоминания формул.

Тип урока: Комбинированный.

Оборудование: источник тока; амперметр; вольтметр; магазин сопротивлений; реостат; соединительные провода; датчик электрического напряжения ,датчик электрического тока амперметр .

Ход урока

I. Организация начала урока.

II. Актуализация знаний.

Любую электрическую цепь можно охарактеризовать силой тока, напряжением и сопротивлением. Каждая из этих величин имеет свою характеристику. Давайте вспомним, что мы изучили о каждой из этих величин.

(слайд 1)


Величины на слайде (1) закрыты номерами 1,2,3. Учащиеся I,II,III рядов поочередно выбирают номер, под которым находится величина, и дают ей полную характеристику по плану:

Структура знаний о физической величине. (слайд 2)

  1. Какое явление или свойство тел определяет (характеризует) данная величина.

  2. Определение величины .

  3. Формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

  4. Какая это величина – скалярная или векторная.

  5. Единицы измерения данной величины.

  6. Способы измерения величины.

Характеристики электрической цепи

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Электродвижущая сила

I

U

R

ε


какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

какую работу совершает электрическое поле по перемещению единичного заряда.

величину, характеризующую способность проводника ограничивать силу тока.

какую работу совершают сторонние силы по перемещению единичного заряда в источнике.


отношением заряда, проходящего через поперечное сечение проводника ко времени, в течение которого этот заряд движется.

отношением работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

отношением напряжения на участке цепи к силе тока.

отношением работы сторонних сил к переносимому электрическому заряду.



(ампер)

(вольт)

(ом)

(вольт)











T – – время

q – -заряд

A – работа электрического поля по перемещению заряда.

Сопротивление зависит от материала, из которого изготовлен проводник и его геометрических размеров.

lдлина проводника

Sплощадь поперечного сечения проводника

ρ – удельное сопротивление проводника

Характеризует зависимость электрической энергии в источнике от его внутреннего устройства.

(слайд 3)

III. Постановка цели.

Между величинами силой тока, напряжением и сопротивлением существует связь, которую впервые теоретически и экспериментально установил немецкий ученый Георг Ом.

Сегодня на уроке попытаемся повторить эксперименты Ома и установить закон, который носит его имя.

Тема урока: Закон Ома для участка цепи (слайд 3).

IV. Решение поставленной цели. Изучение нового материала.

(Виртуальная школа Кирилла и Мефодия, снятие вольт-амперной характеристики (интерактив))

Учебная проблема 1. (ОК)



(слайд 4) (слайд 5)

а) Соберем электрическую цепь, схема которой изображена на слайде 3.

б) Назовите основные элементы цепи. Какие измерительные приборы включены

в цепь на участке 1и 2? Почему?

в) Установим зависимость между силой тока и напряжением, оставляя сопротивление R1

постоянным.

Для этого с помощью реостата изменяем силу тока и фиксируем значения, которые

показывают амперметр и вольтметр соответственно. Полученные данные занесем

в таблицу 1.

г) Изобразите полученную зависимость графически. Сделайте вывод о зависимости силы

тока от напряжения на участке цепи?

Вывод 1: сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи.

Учебная проблема 2. (ОК)


(слайд 6) (слайд 7)

а) Установим зависимость между силой тока и сопротивлением участка цепи R1.

Для этого будем изменять сопротивление R1, поддерживая при помощи реостата R

напряжение на концах проводника постоянным.

Полученные данные занесем в таблицу 2.

б) Изобразите полученную зависимость графически. Сделайте вывод о зависимости силы

тока от сопротивления участка цепи?

Вывод 2: сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Учитель: Объедините полученные выводы и сделайте общий вывод о зависимости между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Ученик: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно

пропорциональна сопротивлению.

Учитель: Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома, который установил его в 1827 году.

(слайд 8)


Ом Георг Симон
16 марта 1787 года – 6 июля 1854 года

Начало формы

Конец формы

История жизни
Замечательный немецкий физик Георг Симон Ом (1787-1854), чье имя носит знаменитый закон электротехники и единица электрического сопротивления, родился 16марта 1789 г. в Эрлангене (федеральная земля Бавария). Его отец был известным в городе мастером-механиком. Мальчик Ом помогал отцу в мастерской и многому у него научился. Быть бы ему механиком и продолжать дело отца, но Ом был честолюбив, хотел стать ученым и работать в лучших германских университетах. Он поступил учиться в университет в Эрлангене и закончил его в 1813 г. Его первая работа – учитель физики и математики реальной школы в Бамберге.


После нескольких лет работы в школе мечта Ома осуществилась. В 1817 г. он стал профессором математики Иезуитского колледжа в Кельне. Здесь Ом занялся исследованиями в области электричества, используя батарею Вольта. Ом составлял электрические цепи из проводников различной толщины, из различных материалов, различной длины (причем проволоку он протягивал сам, используя собственную технологию), пытаясь понять законы этих цепей.Сложность его работы можно понять, вспомнив, что никаких измерительных приборов еще не было и о силе тока в цепи можно было судить по различным косвенным эффектам. Ому очень пригодились те навыки работы, которые он приобрел, работая в мастерской с отцом. А еще ему очень пригодилось упорство, ибо эксперименты шли в течение 9 лет.
Для характеристики проводников Ом в1820 г. ввел понятие “сопротивление”, ему казалось, что проводник сопротивляется току. По-английски и по-французски сопротивление называется resistance, поэтому современный схемный элемент называется резистором, а первая буква R с легкой руки Ома до сих пор используется как обозначение резистора в схемах. В 1827 г. вышел основополагающий труд Ома “Математическое исследование гальванических цепей”, в котором и был сформулирован знаменитый закон Ома.
Казалось бы, столь простая математическая формула, которую сейчас изучают в школах, должна заслужить всеобщее признание, но получилось наоборот. Коллеги приняли в штыки выводы Ома, начались насмешки над ним. Обиженный Ом уволился из колледжа в Кельне. В последующие годы Ом жил в бедности, работая частным учителем в Берлине. Только в 1833 г. ему удалось устроиться на работу в Политехническую школу в Нюрнберге.
Тем временем за границей признали важность работ Ома. В 1841 г. Британское Королевское общество наградило его золотой медалью, а в 1842 г. избрало Ома своим действительным членом. Наконец, в1849 г. Ом стал профессором Мюнхенского университета. Всего 5 лет он имел возможность полноценно работать и преподавать. 7 июля 1854 г. Георг Симон Ом скончался.
В 1893 г. Международный электротехнический конгресс принял решение ввести единицу электрического сопротивления и назвал ее именем Георга Симона Ома, подчеркнув тем самым важность его открытия для электротехники.

Опорный конспект

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

где I – сила тока в цепи;

U – напряжение на этом участке;

R – сопротивление участка.

Этот закон выражает зависимость между тремя величинами, зная две из них всегда можно найти третью неизвестную величину.

Выразите из формулы закона Ома напряжение и сопротивление.

(слайд 9)


Учитель: запишите эти формулы и запомните их. Мы будем ими пользоваться при решении задач.

А теперь скажите, верно ли утверждение, что сопротивление проводника прямо пропорционально напряжению на этом проводнике и обратно пропорционально силе тока в нем?

Ученик: сопротивление проводника можно вычислить по формуле , однако, оно постоянно для данного проводника и не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в нем.

Учитель: верно, сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойства данного проводника, оно не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в проводнике. Изменение напряжения на участке цепи влечет за собой изменение силы тока, но отношение U/I остается для данного проводника постоянным.

V. Выводы:

  1. Cила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи.

  2. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

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

  4. Сопротивление – это физическая величина, характеризующая способность проводника ограничивать силу тока, оно не зависит ни от напряжения, ни от силы тока в проводнике.

VI. Закрепление материала.

Вычислите неизвестную величину, если известны две другие.

(слайд 10)


Формула напряжения электрического поля в физике

Содержание:

Определение и формула напряжения электрического поля

Определение

Скалярную физическую величину, численно равную работе, которую совершает электростатические и сторонние силы, перемещая единичный положительный заряд, называют напряжением (падением напряжения) на участке цепи. Напряжение обозначают буквой U. Математическая формулировка определения напряжения имеет вид:

$$U=\frac{A}{q}(1)$$

где A – работа, которую совершает сила над зарядом qна некотором участке цепи.

Пусть пробный заряд (q>0) перемещается в однородном электрическом поле под воздействием сил рассматриваемого поля из точки 1 в точку 2 на расстояние d (рис.1) в направлении поля.

Работа, которую совершают силы поля за счет его потенциальной энергии, равна:

$$A=\overline{F d}=F d=E q d(2)$$

где E – напряженность электрического поля. {r_{2}} \frac{\tau}{2 \pi r \varepsilon_{0}} d r=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln \left(\frac{r_{2}}{r_{1}}\right)=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln ?|2|$$

Ответ. $U=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln ?|2|$

Читать дальше: Формула работы.

Урок 30. Лабораторная работа № 07. Изучение закона Ома для участка цепи.

Тема: «Изучение закона Ома для участка цепи»

   Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения и сопротивления.

   Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из трёх резисторов сопротивлениями 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Ход работы.

Краткие теоритические сведения

   Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц

   Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

   Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

 

   В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А].

   [1A=1Кл/1с]

   Прибор для измерения силы тока Амперметр. Включается в цепь последовательно

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

   Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2

   U12 = φ1 – φ2             

   U – напряжение

   Aработа тока

   qэлектрический заряд

   Единица напряжения – Вольт [В]

   [1B=1Дж/1Кл]

   Прибор для измерения напряжения – Вольтметр. Подключается в цепь параллельно тому участку цепи, на котором измеряется разность потенциалов.

   На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

   Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

   Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

   

   S – площадь поперечного сечения проводника

   lдлина проводника

   ρ – удельное сопротивление проводника

   В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом].

   Графическая зависимость силы тока I от напряжения Uвольт-амперная характеристика

   Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.


   Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Практическая часть

   1. Для выполнения работы соберите электрическую цепь из источника тока, амперметра, реостата, проволочного резистора сопротивлением 2 Ом и ключа. Параллельно проволочному резистору присоедините вольтметр (см. схему).

   

   2. Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи  реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

   Таблица 1Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В

     

Сила тока, А

     

   3. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

   4. Опыт 2Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

   Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом

     

Сила тока, А

     

   5. По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

   6. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение силы тока. Как обозначается? По какой формуле находится?

3. Какова единица измерения силы тока?

4. Каким прибором измеряется сила тока? Как он включается в электрическую цепь?

5. Дайте определение напряжения. Как обозначается? По какой формуле находится?

6. Какова единица измерения напряжения?

7. Каким прибором измеряется напряжение? Как он включается в электрическую цепь?

8. Дайте определение сопротивления. Как обозначается? По какой формуле находится?

9. Какова единица измерения сопротивления?

10. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

Вариант выполнения измерений.

Опыт 1. Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи. Включите ток. При помощи  реостата доведите напряжение на зажимах проволочного резистора до 1 В, затем до 2 В и до 3 В. Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.

 Таблица 1Сопротивление участка 2 Ом

Напряжение, В

1

2

3

Сила тока, А

0,5

1,0

1,5

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения. Сделайте вывод.

Опыт 2. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах. Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением 1 Ом, затем 2 Ом и 4 Ом. При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 2 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в табл 2.

Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 2 В

Сопротивление участка, Ом

1

2

4

Сила тока, А

2,0

1,0

0,5

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления. Сделайте вывод.

 

Презентация: “Лабораторная работа: “Изучение закона Ома для участка цепи” .

 

{edocs}fizpr/lr7f.pptx,800,600{/edocs}

Учебник по физике: серийные схемы

Как упоминалось в предыдущем разделе урока 4, два или более электрических устройства в цепи могут быть соединены последовательно или параллельно. Когда все устройства соединены с помощью последовательных соединений, цепь называется последовательной цепью . В последовательной цепи каждое устройство подключено таким образом, что существует только один путь, по которому заряд может пройти через внешнюю цепь. Каждый заряд, проходящий через петлю внешней цепи, будет последовательно проходить через каждый резистор.

В предыдущем разделе Урока 4 было проведено краткое сравнение и различие между последовательными и параллельными цепями. В этом разделе было подчеркнуто, что действие добавления большего количества резисторов в последовательную цепь приводит к довольно ожидаемому результату увеличения общего сопротивления. . Поскольку в цепи есть только один путь, каждый заряд сталкивается с сопротивлением каждого устройства; поэтому добавление большего количества устройств приводит к увеличению общего сопротивления. Это повышенное сопротивление служит для уменьшения скорости протекания заряда (также известной как ток).

 

Эквивалентное сопротивление и ток

Заряд течет вместе через внешнюю цепь со скоростью, которая везде одинакова. Ток в одном месте не больше, чем в другом. Фактическая величина тока обратно пропорциональна величине общего сопротивления. Существует четкая зависимость между сопротивлением отдельных резисторов и общим сопротивлением набора резисторов.Что касается батареи, которая качает заряд, наличие двух 6-омных резисторов, соединенных последовательно, будет эквивалентно наличию в цепи одного 12-омного резистора. Наличие трех последовательно соединенных резисторов сопротивлением 6 Ом будет эквивалентно наличию в цепи одного резистора сопротивлением 18 Ом. А наличие четырех резисторов на 6 Ом последовательно было бы эквивалентно наличию в цепи одного резистора на 24 Ом.

Это понятие эквивалентного сопротивления. Эквивалентное сопротивление цепи представляет собой величину сопротивления, которая потребуется одному резистору, чтобы уравнять общий эффект набора резисторов, присутствующих в цепи.Для последовательных цепей математическая формула для расчета эквивалентного сопротивления (R eq ) равна

. R eq = R 1 + R 2 + R 3 + …

, где R 1 , R 2 и R 3 — значения сопротивления отдельных резисторов, соединенных последовательно.

Создавайте, решайте и проверяйте свои собственные проблемы с помощью виджета Equivalent Resistance ниже.Составьте себе задачу с любым количеством резисторов и любых номиналов. Решать проблему; затем нажмите кнопку «Отправить», чтобы проверить свой ответ.

Ток в последовательной цепи везде одинаков. Заряд НЕ накапливается и не начинает накапливаться в любом заданном месте, так что ток в одном месте больше, чем в других местах. Заряд НЕ расходуется резисторами так, что в одном месте его меньше, чем в другом. Заряды можно представить себе как марширующие вместе по проводам электрической цепи, везде марширующие с одинаковой скоростью.Ток — скорость, с которой течет заряд, — везде одинакова. Это то же самое на первом резисторе, что и на последнем резисторе, как и в батарее. Математически можно написать

.

 

I Аккумулятор = I 1 = I 2 = I 3 = …

, где I 1 , I 2 и I 3 — значения тока в отдельных местах расположения резисторов.

Эти значения тока легко рассчитать, если известно напряжение батареи и известны значения отдельных сопротивлений.Используя значения отдельных резисторов и приведенное выше уравнение, можно рассчитать эквивалентное сопротивление. А используя закон Ома (ΔV = I • R), можно определить ток в батарее и, следовательно, через каждый резистор, найдя соотношение напряжения батареи и эквивалентного сопротивления.

 

I аккумулятор = I 1 = I 2 = I 3 = ΔV аккумулятор / R eq

 

 

Разность электрических потенциалов и падение напряжения

Как обсуждалось в Уроке 1, электрохимическая ячейка цепи подает энергию заряду для его перемещения через ячейку и создания разности электрических потенциалов на двух концах внешней цепи.Ячейка на 1,5 вольта создаст разность электрических потенциалов во внешней цепи 1,5 вольта. Это означает, что электрический потенциал на положительной клемме на 1,5 вольт больше, чем на отрицательной клемме. Когда заряд движется по внешней цепи, он теряет 1,5 вольта электрического потенциала. Эта потеря электрического потенциала называется падением напряжения . Это происходит по мере того, как электрическая энергия заряда преобразуется в другие виды энергии (тепловую, световую, механическую и т.) внутри резисторов или нагрузок. Если электрическая цепь, питаемая от 1,5-вольтовой ячейки, оснащена более чем одним резистором, то суммарная потеря электрического потенциала составляет 1,5 вольта. На каждом резисторе есть падение напряжения, но сумма этих падений напряжения составляет 1,5 вольта – столько же, сколько номинальное напряжение источника питания. Эта концепция может быть выражена математически следующим уравнением:

ΔV батарея = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 + …

Чтобы проиллюстрировать этот математический принцип в действии, рассмотрим две цепи, показанные ниже на диаграммах A и B. Предположим, вас попросили определить два неизвестных значения разности электрических потенциалов между лампочками в каждой цепи. Чтобы определить их значения, вам придется использовать приведенное выше уравнение. Батарея изображается своим обычным схематическим символом, а ее напряжение указывается рядом с ним. Определите падение напряжения для двух лампочек, а затем нажмите кнопку «Проверить ответы», чтобы убедиться, что вы правы.

 

 

Ранее в Уроке 1 обсуждалось использование диаграммы электрических потенциалов. Диаграмма электрических потенциалов — это концептуальный инструмент для представления разности электрических потенциалов между несколькими точками электрической цепи. Рассмотрим принципиальную схему ниже и соответствующую ей диаграмму электрических потенциалов.

Схема, показанная на схеме выше, питается от 12-вольтового источника питания.В цепи последовательно соединены три резистора, каждый из которых имеет свое падение напряжения. Отрицательный знак разности электрических потенциалов просто означает, что при прохождении через резистор происходит потеря электрического потенциала. Обычный ток направляется по внешней цепи от положительного вывода к отрицательному. Поскольку схематический символ источника напряжения использует длинную полосу для обозначения положительной клеммы, место А на схеме соответствует положительной клемме или клемме с высоким потенциалом.Место A находится под напряжением 12 вольт, а место H (отрицательная клемма) находится под напряжением 0 вольт. Проходя через аккумулятор, заряд приобретает 12 вольт электрического потенциала. А при прохождении через внешнюю цепь заряд теряет 12 вольт электрического потенциала, как показано на диаграмме электрических потенциалов, показанной справа от принципиальной схемы. Эти 12 вольт электрического потенциала теряются за три этапа, каждый из которых соответствует протеканию через резистор. При прохождении через соединительные провода между резисторами происходит небольшая потеря электрического потенциала из-за того, что провод оказывает относительно небольшое сопротивление потоку заряда.Поскольку места А и В разделены проводом, они имеют практически одинаковый электрический потенциал 12 В. Когда заряд проходит через его первый резистор, он теряет 3 В электрического потенциала и падает до 9 В в месте С. Поскольку точка D отделена от точки C простым проводом, она имеет практически тот же электрический потенциал 9 В, что и C. Когда заряд проходит через второй резистор, он теряет 7 В электрического потенциала и падает до 2 В в точке E. Поскольку точка F отделена от точки E простым проводом, она имеет практически такой же электрический потенциал 2 В, что и точка E.Наконец, когда заряд проходит через последний резистор, он теряет 2 В электрического потенциала и падает до 0 В в точке G. В точках G и H заряду не хватает энергии, и он нуждается в подпитке энергией, чтобы пересечь внешнее сопротивление. цепь снова. Повышение энергии обеспечивается аккумулятором, поскольку заряд перемещается от H до A.

В уроке 3 был представлен закон Ома (ΔV = I • R) в виде уравнения, связывающего падение напряжения на резисторе с сопротивлением резистора и током на резисторе.Уравнение закона Ома можно использовать для любого отдельного резистора в последовательной цепи. При объединении закона Ома с некоторыми принципами, уже обсуждавшимися на этой странице, возникает большая идея.

В последовательных цепях резистор с наибольшим сопротивлением имеет наибольшее падение напряжения.

Поскольку ток в последовательной цепи везде одинаков, значение I ΔV = I • R одинаково для каждого из резисторов последовательной цепи. Таким образом, падение напряжения (ΔV) зависит от изменения сопротивления.Везде, где сопротивление наибольшее, падение напряжения будет наибольшим на этом резисторе. Уравнение закона Ома можно использовать не только для прогнозирования того, что резистор в последовательной цепи будет иметь наибольшее падение напряжения, но и для расчета фактических значений падения напряжения.

Δ В 1 = I • R 1 Δ В 2 = I • R 2 Δ В 3 = I • R 3

 

Математический анализ последовательных цепей

Приведенные выше принципы и формулы можно использовать для анализа последовательной цепи и определения значений тока и разности электрических потенциалов на каждом из резисторов в последовательной цепи. Их использование будет продемонстрировано математическим анализом схемы, показанной ниже. Цель состоит в том, чтобы использовать формулы для определения эквивалентного сопротивления цепи (R eq ), тока в батарее (I tot ), а также падения напряжения и тока для каждого из трех резисторов.

Анализ начинается с использования значений сопротивления отдельных резисторов для определения эквивалентного сопротивления цепи.

R eq = R 1 + R 2 + R 3 = 17 Ом + 12 Ом + 11 Ом = 40 Ом

Теперь, когда известно эквивалентное сопротивление, ток в батарее можно определить с помощью уравнения закона Ома.При использовании уравнения закона Ома (ΔV = I • R) для определения тока в цепи важно использовать напряжение батареи для ΔV и эквивалентное сопротивление для R. Расчет показан здесь:

I tot = ΔV батареи / R eq = (60 В) / (40 Ом) = 1,5 А

Значение тока 1,5 ампера соответствует току в месте расположения батареи. Для последовательной цепи без мест разветвления ток везде одинаков.Ток в месте расположения батареи такой же, как ток в каждом месте резистора. Следовательно, 1,5 ампера — это значение I 1 , I 2 и I 3 .

Аккумулятор I = I 1 = I 2 = I 3 = 1,5 А

Осталось определить три значения – падение напряжения на каждом из отдельных резисторов. Закон Ома используется еще раз для определения падения напряжения на каждом резисторе — это просто произведение тока на каждом резисторе (расчетное выше как 1.5 ампер) и сопротивление каждого резистора (указано в условии задачи). Расчеты показаны ниже.

ΔV 1 = I 1 • R 1

ΔV 1 = (1,5 А) • (17 Ом)

ΔV 1 = 25,5 В

ΔV 2 = I 2 • R 2

ΔV 2 = (1,5 А) • (12 Ом)

ΔV 2 = 18 В

ΔV 3 = I 3 • R 3

ΔV 3 = (1. 5 А) • (11 Ом)

ΔV 3 = 16,5 В

В качестве проверки точности выполненных расчетов целесообразно проверить, удовлетворяют ли рассчитанные значения принципу, согласно которому сумма падений напряжения на каждом отдельном резисторе равна номинальному напряжению батареи. Другими словами, ΔV батарея = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 ?

Является ли ΔV батареи = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 ?

60 В = 25.5 В + 18 В + 16,5 В ?

Является ли 60 В = 60 В?

Да!!

 

Математический анализ этой последовательной цепи включал смесь концепций и уравнений. Как это часто бывает в физике, отрыв понятий от уравнений при решении физической задачи — опасный поступок. Здесь необходимо учитывать понятия, что ток везде одинаков и что напряжение батареи эквивалентно сумме падений напряжения на каждом резисторе, чтобы завершить математический анализ. В следующей части урока 4 параллельные цепи будут проанализированы с использованием закона Ома и концепций параллельных цепей. Мы увидим, что подход смешивания понятий с уравнениями будет столь же важен для этого анализа.

 

 

Мы хотели бы предложить… Зачем просто читать об этом и когда вы могли бы взаимодействовать с ним? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного конструктора цепей постоянного тока. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Конструктор цепей постоянного тока предоставляет учащимся набор для создания виртуальных схем. Вы можете легко перетаскивать источники напряжения, резисторы и провода на рабочее место, располагать и соединять их так, как пожелаете. Вольтметры и амперметры позволяют измерять падение тока и напряжения. Прикосновение к резистору или источнику напряжения позволяет изменить сопротивление или входное напряжение.Это просто. Это весело. И это безопасно (если только вы не используете его в ванной).


 

Проверьте свое понимание

1. Используйте свое понимание эквивалентного сопротивления, чтобы завершить следующие утверждения:

а. Два последовательно соединенных резистора сопротивлением 3 Ом обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору сопротивлением _____ Ом.

б. Три последовательно соединенных резистора сопротивлением 3 Ом обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору сопротивлением _____ Ом.

в. Три последовательно соединенных резистора сопротивлением 5 Ом обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____ Ом.

д. Три резистора с сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом включены последовательно. Они обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____-Ом.

эл. Три резистора с сопротивлением 5 Ом, 6 Ом и 7 Ом включены последовательно. Они обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____-Ом.

ф. Три резистора с сопротивлением 12 Ом, 3 Ом и 21 Ом включены последовательно. Они обеспечат сопротивление, эквивалентное одному резистору _____-Ом.

 

 

2. При увеличении числа резисторов в последовательной цепи общее сопротивление __________ (увеличивается, уменьшается, остается прежним) и ток в цепи __________ (увеличивается, уменьшается, остается прежним).


3. Рассмотрим следующие две схемы последовательных цепей. Для каждой диаграммы используйте стрелки, чтобы указать направление условного тока. Затем сравните напряжение и ток в обозначенных точках для каждой диаграммы.

 

 


4. Три одинаковые лампочки подключены к D-ячейке, как показано справа.Какое из следующих утверждений верно?

а. Все три лампочки будут иметь одинаковую яркость.

б. Лампочка между X и Y будет самой яркой.

в. Лампочка между Y и Z будет самой яркой.

д. Лампочка между Z и батареей будет самой яркой.

 

 

 

5. Три одинаковые лампочки подключены к батарейке, как показано справа.Какие корректировки можно внести в схему, чтобы увеличить ток, измеряемый в точке X? Перечислите все, что применимо.

а. Увеличьте сопротивление одной из лампочек.

б. Увеличьте сопротивление двух лампочек.

в. Уменьшите сопротивление двух лампочек.

д. Увеличьте напряжение батареи.

эл. Уменьшите напряжение батареи.

ф. Снимите одну из лампочек.

 

 


6. Три одинаковые лампочки подключены к батарейке, как показано справа. W, X, Y и Z обозначают местоположения вдоль цепи. Какое из следующих утверждений верно?

а. Разность потенциалов между X и Y больше, чем между Y и Z.

б. Разность потенциалов между X и Y больше, чем между Y и W.

в. Разность потенциалов между Y и Z больше, чем между Y и W.

д. Разность потенциалов между X и Z больше, чем между Z и W.

эл. Разность потенциалов между X и W больше, чем на аккумуляторе.

ф. Разность потенциалов между X и Y больше, чем между Z и W.

 


7.Сравните схемы X и Y ниже. Каждый питается от 12-вольтовой батареи. Падение напряжения на резисторе 12 Ом в цепи Y равно ____ падению напряжения на одном резисторе в цепи X.

а. меньше чем

б. больше

в. то же, что

 

 

 

8. Батарея 12 В, резистор 12 Ом и лампочка подключены, как показано на схеме X ниже.Резистор на 6 Ом добавляется к резистору на 12 Ом и лампочке, чтобы создать цепь Y, как показано на рисунке. Лампочка появится ____.

а. диммер в контуре X

б. диммер в цепи Y

в. одинаковая яркость в обоих контурах

 

 


9. Три резистора соединены последовательно. Если поместить в цепь с 12-вольтовым источником питания.Определить эквивалентное сопротивление, общий ток цепи, падение напряжения и ток на каждом резисторе.

 

 

Напряжение в последовательной цепи

Напряжение в последовательной цепи

Падение напряжения на резисторе в цепи, состоящей из одного резистора и источника напряжения, представляет собой общее напряжение в цепи и равно приложенному напряжению.Общее напряжение в последовательной цепи, состоящей из более чем одного резистора, также равно приложенному напряжению, но состоит из суммы падений напряжения на отдельных резисторах. В любой последовательной цепи сумма падений напряжения на резисторе должна равняться напряжению источника. Это утверждение может быть подтверждено исследованием схемы, показанной на рис. 3-17. В этой цепи потенциал источника (E T ) 20 вольт падает на последовательную цепь, состоящую из двух резисторов по 5 Ом. Общее сопротивление цепи (R T ) равно сумме двух отдельных сопротивлений или 10 Ом.Используя закон Ома, ток в цепи можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 3-17. – Расчет отдельных падений напряжения в последовательной цепи.

Поскольку известно, что номинал резисторов равен 5 Ом каждый, а ток через резисторы равен 2 амперам, можно рассчитать падение напряжения на резисторах. Таким образом, напряжение (E 1 ) на R 1 составляет:


. Изучив цепь, вы можете увидеть, что R 2 имеет такое же омическое значение, что и R 1 , и несет такой же ток.Таким образом, падение напряжения на R 2 также равно 10 вольтам. Сложение этих двух 10-вольтовых падений вместе дает общее падение 20 вольт, точно равное приложенному напряжению. Тогда для последовательной цепи:

E T = E 1 = E 2 + E 3 = . . . E n

Пример: Последовательная цепь состоит из трех резисторов номиналами 20 Ом, 30 Ом и 50 Ом соответственно. Найдите приложенное напряжение, если ток через резистор 30 Ом равен 2 ампера.(Аббревиатура ампер обычно используется для обозначения ампер.)

Для решения проблемы сначала рисуется и маркируется принципиальная схема (рис. 3-18).

Рис. 3-18. – Решение для приложенного напряжения в последовательной цепи.


Замена:


ПРИМЕЧАНИЕ. При использовании закона Ома величины для уравнения ДОЛЖНЫ быть взяты из ОДНОЙ части цепи. В приведенном выше примере напряжение на R 2 было рассчитано с использованием тока через R 2 и сопротивления R 2 .

Величина падения напряжения на резисторе определяется приложенным напряжением и пропорциональна сопротивлениям цепи. Падение напряжения, возникающее в последовательной цепи, прямо пропорционально сопротивлению. Это результат того, что через каждый резистор протекает одинаковый ток — чем больше омическое сопротивление резистора, тем больше падение напряжения на нем.

Последовательная цепь, состоящая из трех резисторов, имеет ток 3 ампера. Если R 1 = 20 Ом, R 2 = 60 Ом и R 3 = 80 Ом, каково (а) полное сопротивление и (б) напряжение источника цепи?

Какое напряжение падает на каждом резисторе цепи, описанной в вопросе 17?

Если ток увеличить до 4 ампер, каково будет падение напряжения на каждом резисторе в цепи, описанной в вопросе 17?

Что нужно сделать с цепью, описанной в вопросе 17, чтобы увеличить силу тока до 4 ампер?

Напряжение холостого хода: что это такое? (И как его найти и проверить)

Что такое напряжение холостого хода?

Когда в каком-либо устройстве или цепи возникает состояние разомкнутой цепи, разность электрических потенциалов между двумя клеммами называется напряжением разомкнутой цепи. В сетевом анализе напряжение холостого хода также известно как напряжение Тевенина. Напряжение холостого хода часто сокращается до OCV или V OC в математических уравнениях.

В условиях разомкнутой цепи внешняя нагрузка отключена от источника. Электрический ток не будет течь по цепи.

Когда нагрузка подключена и цепь замкнута, напряжение источника делится на нагрузку. Но когда полная нагрузка устройства или цепи отключена и цепь разомкнута, напряжение холостого хода равно напряжению источника (предположим, что источник идеальный).

Напряжение холостого хода используется для обозначения разности потенциалов в солнечных элементах и ​​батареях. Однако оно будет зависеть от определенных условий, таких как температура, уровень заряда, освещение и т. д.

Как определить напряжение разомкнутой цепи?

Чтобы найти напряжение холостого хода, нам нужно рассчитать напряжение между двумя клеммами, от которых цепь разомкнута.

Если вся нагрузка отключена, напряжение источника равно напряжению холостого хода. Падение напряжения происходит только на аккумуляторе. И это будет очень мало.

Состояние разомкнутой цепи с одиночной нагрузкой

Если частичная нагрузка отключена, напряжение источника распределяется между другой нагрузкой. И если вы хотите найти напряжение холостого хода, его можно получить так же, как напряжение Тевенина. Давайте разберемся на примере.

Состояние разомкнутой цепи с нагрузкой и сопротивлением

На приведенном выше рисунке резисторы A, B, C и нагрузка подключены к источнику постоянного тока (V). Предположим, нагрузка отключена от источника и замыкает цепь между клеммами P и Q.

Теперь мы найдем напряжение на клеммах P и Q. Следовательно, мы должны найти ток, проходящий через петлю-1, используя закон Ома.

   

Это ток, проходящий через контур-1. И такой же ток будет течь через резисторы A и B.

   

Второй контур – разомкнутая цепь. Итак, ток, проходящий через резистор С, равен нулю. А падение напряжения на резисторе С равно нулю. Следовательно, мы можем пренебречь резистором C.

Падение напряжения на резисторе B равно напряжению, доступному между клеммами P и Q разомкнутой цепи.А падение напряжения на резисторе B равно

   

Это напряжение является напряжением холостого хода или напряжением Тевенина.

Проверка напряжения холостого хода

Напряжение холостого хода представляет собой разность потенциалов между положительной и отрицательной клеммами. Испытание напряжения холостого хода выполняется на батареях и солнечных элементах для определения потенциала электрического потенциала.

Батарея используется для преобразования химической энергии в электрическую. И есть два типа батарей; аккумуляторная батарея и основная батарея.

Проверка напряжения холостого хода применяется к обоим типам батарей. И данные этого теста используются для расчета состояния заряда (SOC) аккумуляторных батарей.

Стандартное напряжение холостого хода взято из таблицы данных производителя батареи. Напряжение, указанное на аккумуляторе, является напряжением холостого хода.

Проверка напряжения холостого хода измеряет напряжение батареи, когда нагрузка не подключена. Таким образом, чтобы выполнить проверку напряжения холостого хода, снимите аккумулятор, если это возможно, или возьмите клеммы для проверки.

Теперь установите цифровой мультиметр на постоянное напряжение. И измерьте показания на клеммах аккумулятора. Это напряжение близко к стандартному напряжению. Если измеренное напряжение низкое, батарея повреждена.

Для перезаряжаемых батарей этот тест выполняется для проверки того, заряжена или разряжена батарея. В этом случае для проверки состояния выполняется тест емкости.

Почему напряжение не равно нулю при разомкнутой цепи?

Напряжение определяется как разность потенциалов между двумя клеммами.Итак, две точки не соединены друг с другом и обе точки соединены с разными уровнями напряжения. В этом состоянии из-за разности потенциалов напряжение присутствует между двумя точками.

Аналогично, при разомкнутой цепи обе клеммы разомкнуты, но она подключена к аккумулятору или другому источнику напряжения. И обе клеммы батареи находятся на разных уровнях напряжения.

Следовательно, создается разность потенциалов и присутствует напряжение между двумя клеммами в условиях разомкнутой цепи.

Напряжение холостого хода солнечной батареи

В солнечной батарее максимальное напряжение доступно при нулевом токе. И это напряжение известно как напряжение холостого хода.

Когда фотоны попадают на солнечные элементы, ток генерируется из-за смещения контактов солнечных элементов. Напряжение холостого хода представляет собой прямое напряжение смещения на солнечном элементе.

В характеристиках ВАХ солнечного элемента напряжение холостого хода показано на рисунке ниже.

IV Характеристики солнечной батареи

Уравнение напряжения холостого хода:

   

Где,

I 0 = темновой ток насыщения
I L = световой ток
N = коэффициент идеальности
T = температура
k = постоянная Больцмана90 0 = уравнение заряда электроники
0 = 6 , V oc и температура прямо пропорциональны. Следовательно, V oc линейно возрастают в зависимости от температуры. Но на самом деле этого не происходит. Потому что ток насыщения также быстро увеличивается с ростом температуры. Поэтому влияние температуры на напряжение холостого хода представляет собой сложную задачу. Если ток насыщения изменяется с изменением температуры, напряжение холостого хода уменьшается с температурой.

Напряжение холостого хода Примеры вопросов

Метод определения напряжения холостого хода тот же, что и для определения напряжения Тевенина.Давайте разберемся, как найти напряжение холостого хода на примере.

Пример-1

На приведенном выше рисунке нагрузка R L подключена к источнику постоянного тока. Теперь мы отключаем нагрузку от источника, и оставшаяся схема выглядит так, как показано на рисунке ниже.

Из-за разомкнутой цепи ток, проходящий через нагрузку и резистор 10 Ом, равен нулю. А напряжение холостого хода такое же, как напряжение на резисторе 3 Ом.

Применить КВЛ в шлейфе-1;

   

   

   

Напряжение на резисторе 3 Ом равно;

   

   

   

Пример-2

При разомкнутой цепи нагрузка R L отключена от цепи, и мы найдем напряжение на двух клеммах нагрузки.Следовательно, оставшаяся цепь после разомкнутой цепи выглядит так, как показано ниже.

Напряжение холостого хода равно напряжению на резисторе 6 Ом. Итак, нам нужно найти ток, проходящий через резистор сопротивлением 6 Ом.

Теперь примените KVL во внешнем цикле;

(1)  

Источник тока 3 А можно выразить через контурные токи.

(2)  

Теперь, решив уравнения-1 и уравнения-2, мы можем найти ток I 1 и I 2 . Но нам нужен только ток, проходящий через резистор 6 Ом.И этот ток равен I 2 .

   

   

   

   

Напряжение холостого хода | ПВЕобразование

 

Напряжение холостого хода, В OC , является максимальным напряжением, доступным от солнечного элемента, и это происходит при нулевом токе. Напряжение холостого хода соответствует величине прямого смещения на солнечном элементе из-за смещения перехода солнечного элемента с генерируемым светом током. Напряжение холостого хода показано на ВАХ ниже.

ВАХ солнечного элемента, показывающая напряжение холостого хода.

Уравнение для V oc находится путем установки чистого тока равным нулю в уравнении солнечного элемента, чтобы получить:

$$V_{OC}=\frac{n k T}{q} \ln \left(\frac{I_{L}}{I_{0}}+1\right)$$

Беглый взгляд на приведенное выше уравнение может указать на то, что V OC линейно увеличивается с температурой. Однако это не так, поскольку I 0 быстро увеличивается с температурой, главным образом из-за изменений собственной концентрации носителей заряда n i .Влияние температуры является сложным и варьируется в зависимости от клеточной технологии. Подробнее см. на странице «Влияние температуры»

В OC уменьшается с температурой. { 2}}\справа]$$

, где kT/q — тепловое напряжение, N A — концентрация легирующих примесей, Δn — концентрация избыточных носителей заряда, а n i — собственная концентрация носителей заряда.Определение V OC по концентрации носителя также называется предполагаемым V OC .

Voc как функция ширины запрещенной зоны, E

G

Если ток короткого замыкания (I SC ) уменьшается с увеличением ширины запрещенной зоны, напряжение холостого хода увеличивается с увеличением ширины запрещенной зоны. В идеальном устройстве V OC ограничено излучательной рекомбинацией, и анализ использует принцип детального баланса для определения минимально возможного значения J 0 .{x}-1} д x$$,

, где q — заряд электрона, σ — постоянная Стефана–Больцмана, k — постоянная Больцмана, T — температура и

$$u=\frac{E_{G}}{k T}$$

Вычисление интеграла в приведенном выше уравнении довольно сложно. На приведенном ниже графике используется метод, описанный в  

.

Ток насыщения диода в зависимости от ширины запрещенной зоны. Значения определяются на основе детального баланса и ограничивают напряжение холостого хода солнечной батареи.

Рассчитанное выше значение J 0 можно напрямую подставить в стандартное уравнение солнечного элемента, приведенное в верхней части страницы, для определения V OC , если напряжение меньше ширины запрещенной зоны, как в случае с одним солнечное освещение.

V OC как функция ширины запрещенной зоны для ячейки с AM 0 и AM 1,5. V OC увеличивается с шириной запрещенной зоны по мере падения тока рекомбинации. В V OC наблюдается спад при очень больших ширинах запрещенной зоны из-за очень низкого I SC .

электрических цепей напряжение падение напряжения

падение напряжения в электрической цепи можно рассчитать с помощью закона Ом как

u = Ri (1)

, где

u = падение напряжения (вольт, v)

R = электрическое сопротивление в электрической цепи (Ом, Ом)

I = ток (ампер, А)

Электрическое сопротивление в цепи можно рассчитать

  R = (1. 02 Ω / 1000 Ft) (100 футов) 2

= 0.204 ω

Падение напряжения в цепи можно рассчитать с (1)

U = ( 0,204 Ω ) (10 AMPS)

= 2,04 вольт

Круговые миллы и падение напряжения

Падение напряжения также можно рассчитать с помощью MILS, таких как

U = KPLI / A (2)

, где

K = удельное сопротивление ( Ом – круговые милы/фут)

P = фазовая постоянная = 2 (для одной фазы) = 1.732 (для трех фаз)

L = длина провода (футы)

A = площадь провода (круговые милы)

Удельное электрическое сопротивление для различных материалов проводов

K
  • = 11 (температура 77 o F – 121 o F), K = 12 (температура 122 o F – 167 o F)
  • Твердый алюминий, K = 18 (80785
  • F – 121 o F), K = 20 (темп. 122 o F – 167 o F)
  • Многожильный Медь, K = 11 (темп. 77 o F0 11) , K = 12 (темп. 122 o F – 167 o F)
  • Многожильный алюминий, K = 19 (темп. o F – 167 o F)
  • Пример – Удельное сопротивление и падение напряжения

    Со значениями из приведенного выше примера падение напряжения ок. n рассчитывается как

    U = (11 Ом – круговые милы/футы) 2 (100 футов) (10 А) / (10400 милов)

        = 2.11 v

    Медный проводник – Напряжение Напряжение Таблица

    Падение напряжения в медном проводнике можно оценить с

    U = F IL (3)

    , где

    F = фактор из таблицы ниже

    I = Ток (AMPS)

    L = длина проводника (Ft)

    6 3 0,038
    Размер фактор
    – F –
    AWG Метрика
    мм 2
    Однофазный Трехфазный
    14 2. 08 0,476 0,42
    12 3,31 0,313 0,26
    10 5,26 0,196 0,17
    8 8,37 0,125 0,11
    13.09 13.08 0.0833 0.071
    4 2 9 21.2 0,0538 0,046
    3 0.0431
    2 33,6 0,0323 0,028
    1 42,4 0,0323 0,028
    1/0 53,5 0,0269 0,023
    2/0 67.49 0.0222 0.020
    3/0 85,0 0,019 0,019 0,016 9016
    4/0 107.2 0,0161 0,014
    250 0,0147 0,013
    300 0,0131 0,011
    350 0,0121 0,011
    400 Расчет падения напряжения Инженерный справочник и инструменты

    Связанные ресурсы: контрольно-измерительные приборы

    Расчет падения напряжения

     

    Падение напряжения определяется как уменьшение подаваемой энергии источника напряжения по мере того, как электрический ток проходит через пассивные элементы (элементы, не питающие напряжение) электрической цепи. Падение напряжения на внутренних сопротивлениях источника, на проводниках, на контактах и ​​на разъемах нежелательно; подведенная энергия теряется (рассеивается). Желательны падения напряжения на нагрузках и других активных элементах цепи; подведенная энергия совершает полезную работу. Напомним, что напряжение представляет собой энергию на единицу заряда. Например, электрический обогреватель может иметь сопротивление десять Ом, а провода, питающие его, могут иметь сопротивление 0,2 Ом, что составляет около 2% от общего сопротивления цепи.Это означает, что примерно 2% подаваемого напряжения теряется в самом проводе. Чрезмерное падение напряжения может привести к неудовлетворительной работе и повреждению электрического и электронного оборудования.

     

    Национальные и местные электротехнические нормы и правила могут устанавливать нормы максимально допустимого падения напряжения в электропроводке, чтобы обеспечить эффективность распределения и правильную работу электрооборудования. Максимально допустимое падение напряжения варьируется в зависимости от страны.В электронном дизайне и передаче энергии используются различные методы для компенсации влияния падения напряжения в длинных цепях или там, где необходимо точно поддерживать уровни напряжения. Самый простой способ уменьшить падение напряжения — увеличить диаметр проводника между источником и нагрузкой, что снижает общее сопротивление. Более сложные методы используют активные элементы для компенсации нежелательного падения напряжения.

    Падение напряжения в цепях переменного тока: импеданс

    В цепях переменного тока противодействие протеканию тока возникает из-за сопротивления (так же, как и в цепях постоянного тока).Цепи переменного тока также представляют собой второй вид противодействия протеканию тока: реактивное сопротивление. Это «суммарное» сопротивление (сопротивление «плюс» реактивное сопротивление) называется импедансом. Полное сопротивление в цепи переменного тока зависит от расстояния и размеров элементов и проводников, частоты переменного тока и магнитной проницаемости элементов, проводников и их окружения.

    Падение напряжения в цепи переменного тока является произведением тока и импеданса (Z) цепи.Электрический импеданс, как и сопротивление, выражается в омах. Электрический импеданс представляет собой векторную сумму электрического сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного сопротивления. Он выражается формулой E=IZ, аналогичной закону Ома для цепей постоянного тока.

    Падение напряжения в электропроводке здания

    Большинство цепей в доме не имеют достаточного тока или длины, чтобы вызвать высокое падение напряжения. В случае очень длинных цепей, например, при соединении дома с другим зданием на том же участке, может потребоваться увеличить размер проводников сверх минимального требования для номинального тока цепи.Цепи с большой нагрузкой также могут потребовать увеличения размера кабеля, чтобы соответствовать требованиям по падению напряжения в правилах электропроводки.

    Нормы и правила электропроводки устанавливают верхний предел допустимого падения напряжения в ответвленной цепи. В Соединенных Штатах Национальный электротехнический кодекс (NEC) рекомендует не более 5% падения напряжения на выходе. Канадские электротехнические нормы требуют не более 5% перепада между входом в сервис и точкой использования. Правила Великобритании ограничивают падение напряжения до 4% от напряжения питания.

    Расчет падения напряжения

    В ситуациях, когда проводники цепи проходят на большие расстояния, рассчитывается падение напряжения. Если падение напряжения слишком велико, проводник цепи должен быть увеличен, чтобы поддерживать ток между точками. Расчеты для однофазной цепи и трехфазной цепи немного отличаются.

    Расчет падения напряжения в одной фазе:

    ВД = [2 х Д х П х В ]/1000
    VD% = [VD/напряжение источника] x 100

    Расчет трехфазного падения напряжения:

    VD = [( 2 x L x R x I)/1000] x .866
    VD% = [VD/напряжение источника] x 100

    Где:

    VD = Падение напряжения (температура проводника 75°C) в вольтах

    VD% = падение напряжения в процентах (VD ÷ напряжение источника x 100). Именно это значение обычно называют «падением напряжения» и оно указывается в NEC 215.2(A)(4) и во всем NEC.

    L = длина фидера цепи в одну сторону (в футах)

    R = коэффициент сопротивления согласно NEC, глава 9, таблица 8, в Ом/кфут

    I = ток нагрузки (в амперах)

    Напряжение источника = Напряжение ответвленной цепи источника питания.Обычно напряжение источника составляет 120, 208, 240, 277 или 480 В.

    электричество | Определение, факты и типы

    Электростатика — это изучение электромагнитных явлений, происходящих при отсутствии движущихся зарядов, т. е. после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают своего положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов.И наоборот, по набору проводников с известными потенциалами можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников. Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этим набором зарядов. Наконец, энергию можно хранить в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, запасается в нем в виде электростатической энергии электрического поля.

    Изучить, что происходит с электронами двух нейтральных объектов, потертых друг о друга в сухой среде.

    Объяснение статического электричества и его проявлений в повседневной жизни.

    Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

    Статическое электричество — это известное электрическое явление, при котором заряженные частицы передаются от одного тела к другому. Например, если два предмета потереть друг о друга, особенно если эти предметы являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают равные и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения. Объект, потерявший электроны, становится положительно заряженным, а другой — отрицательно заряженным. Сила — это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы были описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона. Электрическая сила на заряде Q 1 при этих условиях, обусловленная зарядом Q 2 на расстоянии r , определяется законом Кулона,

    Жирным шрифтом в уравнении отмечен вектор природа силы, а единичный вектор — это вектор размера 1, который указывает от заряда Q 2 до заряда Q 1 .Константа пропорциональности k равна 10 −7 c 2 , где c — скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8,99 × 10 9 ньютонов-квадратный метр на кулон в квадрате (Nm 2 /C 2 ). На рис. 1 показано усилие на Q 1 из-за Q 2 . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. Оба Q 1 и Q 2 выбраны произвольно как положительные заряды, каждый с величиной 10 -6 кулонов.Заряд Q 1 расположен по координатам x , y , z со значениями 0,03, 0, 0 соответственно, а Q 2 имеет координаты все .0,0,021. координаты даны в метрах. Таким образом, расстояние между Q 1 и Q 2 составляет 0,05 метра.

    Величина силы F на заряд Q 1 , рассчитанная по уравнению (1), равна 3.6 ньютонов; его направление показано на рис. 1. Сила, действующая на Q 2 со стороны Q 1 , равна − F , которая также имеет величину 3,6 ньютона; однако его направление противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее составляющие по осям х и y , так как вектор силы лежит в плоскости х y . Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, а результаты показаны на рисунке 2.Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрического взаимодействия между покоящимися зарядами. Если бы заряды имели противоположные знаки, сила была бы притягивающей; притяжение будет указано в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора r̂. Таким образом, электрическая сила, действующая на Q 1 , будет иметь направление, противоположное единичному вектору , и будет указывать от Q 1 до 0 1 1 1В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков обеих составляющих силы x и y силы в уравнении (2).

    компоненты кулоновской силы

    Рис. 2: Компоненты x и y силы F на рис. 4 (см. текст).

    Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета

    Как можно понять эту электрическую силу, действующую на Q 1 ? По сути, сила обусловлена ​​наличием электрического поля в положении Q 1 .

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.