Формулы тока напряжения сопротивления: Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

основные понятия, нахождение через силу тока и сопротивление

При проектировании схем различных устройств радиолюбителю необходимо производить точные расчеты c помощью измерительных приборов и формул. В электротехнике используются формулы для вычислений величин электричества (формулы напряжения, сопротивления, силы тока и так далее).

  • Общие сведения об электрическом токе
    • Физический смысл
    • Пагубное влияние на человека
    • Единицы измерения
  • Цепи переменного и постоянного тока
  • Переменное однофазное напряжение
  • Рекомендации по выбору прибора

Общие сведения об электрическом токе

Электрическим током является процесс движения заряженных частиц (свободных электронов), имеющий вектор направленности. Частицы перемещаются под действием напряженности электрического поля, имеющей векторное направление. Это поле совершает работу по перемещению этих частиц. Влияют на работу электрического поля сила тока, напряжение и сопротивление.

Физический смысл

Под физическим смыслом понимается работа тока на участке, соотносящаяся с величиной заряда. Положительный заряд перемещается из одной точки, обладающей одним потенциалом, в другую, причем потенциал в этой точке отличается от предыдущего. В результате этого и возникает разность потенциалов, именуемая напряжением или ЭДС (электродвижущей силой).

Для полного понимания этого физического процесса и выяснения физического смысла напряжения необходимо провести аналогию с трубой. Допустим, труба наполнена водой и к ней прикручен кран для слива воды. Эта труба также оборудована краном для заливания воды с помощью мощного насоса.

Для демонстрации аналогии нужно открыть кран полностью, вода начнет выливаться и можно сделать вывод о незначительном давлении. Во втором случае спускной кран открыт не полностью и происходит набор воды при помощи насоса. В трубе создается давление и напор усиливается. Насос, создающий давление, и является в этом примере напряженностью электрического поля.

Электричество, если его не контролировать и не знать о пагубном влиянии на организм человека, способно создать множество проблем начиная от сгорания приборов и пожаров, и заканчивая угрозой жизни и здоровью человека. Техника безопасности очень важна в любой сфере.

Пагубное влияние на человека

Электричество очень опасно и является причиной несчастных случаев. Радиолюбители подвержены риску поражения электрическим током довольно часто. Некоторые радиолюбители пробуют наличие напряжения пальцами и пренебрегают техникой безопасности. Большинство из них считает опасным для жизни напряжение от 500 В, а 110 и 220 — не наносящими вреда здоровью. Удары от маломощных источников тока (маломощный силовой трансформатор, конденсатор), по их мнению, являются неопасными.

Согласно технике безопасности при работах с электричеством, они ошибаются, но есть и другая сторона этого вопроса: организм каждого человека индивидуален, обладает разными параметрами. Из этого утверждения следует, что смертельные характеристики электричества (напряжение и ток) индивидуальны для каждого человека. Одних может ударить 36 В, а других не пробивает и 220 В.

Действие электричества на организм человека зависит от нескольких факторов: силы и частоты, времени и пути прохождения через организм, сопротивления организма или участка тела, по которому протекает ток.

Исследованиями ученых установлено, что величина смертельного тока, поражающего сердце, составляет более 100 мА. Токи от 50 мА до 100 мА вызывают потерю сознания при кратковременном касании к поверхности, которая проводит ток. Токи до 50 мА могут стать причиной травм, например, падения с лестницы, выпускания из рук токоведущего проводника и т. д.

Влияние на фактор поражения еще оказывает и сопротивление тела человека. Сопротивление для каждого индивида определить сложно и диапазон его составляет от 30 кОм до 200 кОм.

Эта величина зависит от множества факторов: толщины кожи, влажности тела и окружающей среды, усталости, нервно-эмоционального состояния, болезни и других факторов. Сопротивление резко уменьшается при повышенной влажности воздуха и работе на влажных участках.

Формула расчета напряжения, опасного для жизни, предполагая, что Rч = 2кОм и I = 60 мА, выглядит так: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 В. В этой ситуации опасным напряжением можно считать 120 В и выше.

Частота тока является еще одной опасной характеристикой, обладающей поражающим действием. При увеличении частоты опасность уменьшается прямо пропорционально. Ток оказывает и тепловое действие, поэтому считать высокочастотные токи безопасными нельзя.

Травмы, происходящие из-за электричества, называются электротравмами. Каждая из них несет в себе меньшую или большую опасность. Наиболее опасными являются травмы, полученные от электрической дуги, которая обладает высокой температурой от 5 тыс. до 12 тыс. градусов по Цельсию. Виды электрических травм:

  1. Электрические ожоги происходят при тепловом воздействии на ткани организма человека, по которым течет ток.
  2. Обожженные участки на коже возникают при прямом контакте ее с токоведущей частью проводника. Пораженный участок приобретает серый или бледно-серый цвет.
  3. Металлизация кожи — пропитывание кожи частицами металла при коротком замыкании или сварке.
  4. Механические повреждения — самопроизвольная судорога мышц, приводящая к падению. При падении происходят переломы, ушибы вывихи суставов и т. д.
  5. Электроофтальмия — воспаление слизистой оболочки глаз при воздействии излучения электрической дуги.

Существует еще один вид поражения — электрический удар. Этот вид поражения можно условно разделить на 5 групп: без потери сознания; с потерей сознания, связанной с нарушением сердечной деятельности или без нее; клиническая смерть и электрический шок.

Цепи переменного и постоянного тока

В цепях постоянного и переменного тока U обладает различными свойствами и производит иные влияния на проводники. Для постоянного напряжения существуют законы по вычислению его характеристик, но для переменного способы вычисления показателей заметно отличаются. Разберем более подробно все различия и сходства.

Расчет и анализ цепей выполняется при помощи закона Ома: сила тока полной цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и источника питания.

Следствие из закона при условии пренебрежения внутренним сопротивлением источника электричества: сила тока участка цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Запись закона Ома, из которого следует формула напряжения, тока и сопротивления: I = U / (Rц + Rвн), где I — сила тока, U — ЭДС, Rц — сопротивление цепи, Rвн — внутреннее сопротивление источника питания.

Формула силы тока через сопротивление и напряжение: I = U / Rц.

Формула напряжения электрического тока: U = I * Rц.

Для расчета мощности необходимо U умножить на I: P = U * I = U * U / R, где P — мощность.

Переменное однофазное напряжение

В цепях для переменного тока происходят совершенно другие явления и процессы, для них справедливы другие законы. Различают такие основные виды:

  1. Мгновенное (разность потенциалов в конкретный промежуток времени: u = u (t)).
  2. Амплитудное значение (максимальное значение мгновенного U в момент времени: u (t) = Uм * sin (wt + f), где w — угловая частота, t — конкретный момент времени и f — угол начальной фазы напряжения).
  3. Среднее значение (для синусоиды равно нулю).
  4. Среднеквадратичное — Uq (U за весь период колебаний и для синусоиды имеет вид: Uq = 0,707 * Uм).
  5. Средневыпрямленное — Uv (среднее значение модуля U: Um примерно равно 0,9 * Uq).

В цепях 3-фазного тока различают 2 вида напряжений: линейное (фаза-фаза) и фазное (фаза-ноль). При соединении в цепь «треугольником» фазное и линейное U равны. В случае соединения «звездой» — фазное в 1,732050808 раз меньше линейного.

Рекомендации по выбору прибора

Для расчетов необходимо измерять значения величин электричества. Существуют специальные приборы, которые помогают произвести точные расчеты. Для измерения разности потенциалов применяют вольтметр.

Вольтметр (вольт — единица измерения ЭДС, метр — измеряю) — прибор для измерения ЭДС в цепи, подключаемый параллельно участку, на котором необходимо провести замер.

Для конкретного случая необходимо применять тот или иной прибор. Для более точных расчетов приобретаются приборы с высоким классом точности. Классификация вольтметров:

  1. Принцип действия: электромеханические (стрелочные) и электронные.
  2. Назначение: постоянного и переменного тока, импульсные, селективные и универсальные.
  3. Конструктивное исполнение: щитовые, переносные и стационарные.

Аналоговый электромеханический вольтметр имеет большие погрешности измерений в высокоомных цепях, но отлично зарекомендовал себя в низкоомных цепях и возможностью модернизации (увеличение значений измерения U за счет добавочного резистора).

Выпрямительный вольтметр обладает более высоким классом точности. Состоит из самого измерительного прибора (обладает чувствительностью к постоянному току) и выпрямительного устройства. Они получили не очень широкое распространение из-за высоких погрешностей, и применяются в качестве сигнальных приборов (примерное значение U).

Цифровые вольтметры применяются в комбинированных приборах-мультиметрах. Поступающее напряжение на клеммы (измерительные щупы) прибора преобразовывается в сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Происходит отображение на цифровом табло. Этот вид приборов получил широкое применение благодаря высокой точности и универсальности.

Импульсный вольтметр необходимо применять при измерении амплитуд импульсных сигналов и одиночных импульсов.

Основным применением фазочувствительных вольтметров является измерение квадратурных составляющих комплексного напряжения (наличие мнимой и действительной частей) первичной гармоники. Они, как правило, снабжены 2-мя индикаторами для выявления мнимой и действительной частей. Они получили широкое применение в измерении АФХ (амплитудно-фазовая характеристика) для подбора деталей и настройки усилителей.

Для измерения номинала постоянного напряжения используются вольтметры подгруппы В2 (вольтметры для постоянного напряжения), а также В7 (универсальные).

Для определения переменного напряжения необходимо использовать устройства из подгруппы В3 или универсального типа (В7). Однако часто в этих вольтметрах применяются специальные преобразователи из переменного напряжения в постоянное.

В3 и В7 рассчитаны только для определения среднеквадратического гармонического напряжения. В этих электроизмерительных приборах возможно применение детекторов (преобразователей): пикового, выпрямительного и квадратичного. Оптимальным вариантом является вольтметр на квадратичном детекторе, при этом измеряемое значение выдается напрямую без всяких преобразований. Измерительные приборы на пиковых и выпрямительных детекторах пересчитывают значения, тем самым уменьшая точность измерений. Для измерения периодического негармонического напряжения выбирают вольтметр на квадратичном детекторе.

Таким образом, расчет напряжения играет важную роль в электротехнике. Расчеты для переменных и постоянных цепей электрического тока существенно отличаются, в результате чего необходимо определить сначала тип тока, а затем производить расчеты. Но также необходимо соблюдать технику безопасности при работах с электричеством. Ведь ее основные положения основаны на горьком опыте человечества.

Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Продолжаем публикацию материалов новой рубрики “Основы электроники“, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление. Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома (как же иначе), который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно, и начнем с понятия напряжения.

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля – это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к величине этого заряда. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

U = Ed

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи – это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, “напряжение в резисторе” – не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и “землей”. Вот так плавно мы вышли к еще одному повсеместно используемому понятию, а именно к понятию “земля”. Так вот “землей” в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Классическое количественное определение величины в 1 Вольт звучит так: для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше.

А на очереди у нас еще одно основополагающее понятие, а именно – ток.

Ток, сила тока в цепи.

Проанализируем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны. Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение:

Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

F = Ee

где e − это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотичным движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток.

В итоге получаем, что ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы.

Для того, чтобы оценить ток в цепи, существует такая величина как сила тока. Итак, сила тока (I) – это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения, теперь разберемся, каким образом эти величины могут бы связаны. И для этого нам предстоит понять, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин “сопротивление” уже фактически говорит сам за себя ) Итак, сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

  • удельного сопротивления проводника \rho
  • длины проводника l
  • площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление – это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление данного проводника выглядит следующим образом:

R = \rho\medspace \frac{l}{S}

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) – удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace Ом

И, как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом. Рассмотрим взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Закон Ома.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон – закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:

Как следует из закона Ома напряжение и сила тока этой в цепи связаны следующим образом:

I = \frac{U}{R}

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

I = \frac{10}{200} = 0.05 = 50\medspaceмА

Как видите, все довольно несложно и абсолютно логично. Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч 🤝

Электрическое сопротивление источника силы тока формула в Омах

 ГЛАВНАЯ  »  МАТЕРИАЛЫ  »  Ток, сопротивление, Ом — что объединяет эти слова?

16 ноября, 2016 МАТЕРИАЛЫ 1 комментарий

Каждый человек знает, что по проводам течет электрический ток, за счет чего горит свет или работает прибор, потребляющий электрическую энергию. Это настолько прочно вошло в обычную жизнь, что никто не задумывается о физической составляющей данного явления. Человек, чья профессиональная деятельность не связана с физикой, слышал про электрическое сопротивление, силу тока или мощность последний раз в разрезе школьного курса физики.

Физика очень сложная наука, которая базируется не только на формулах и вычислениях, но в большей степени на понятиях. Особенно ярко это проявляется в разделе «электричество», которое само по себе не является материальной субстанцией, его не возможно «пощупать» или увидеть, но при этом оно занимает важную нишу в человеческой жизни.

Что есть сила сопротивления? Что такое электрическая цепь? Почему ток обладает силой? Для человека, который давно окончил школу, вопросов больше, чем ответов и немногие обладают хотя бы общим представлением, что на самом деле происходит под изоляцией электрического провода.

Какие процессы протекают в проводниках при прохождении через них тока?

Если некое тело, обладающее способностью проводить электрический ток, поместить таким образом, что с одной стороны будет находиться положительный полюс, а с другой отрицательный, то по нему начинает проходить электрический ток. Ток представляет собой в очень упрощенном виде движение отрицательных электронов, имеющее направленность. При этом частицы, имеющие отрицательный заряд, притягиваются к положительному полюсу. Именно за счет этого принято различать полярность электрической цепи, что легко заметить при подключении элементов питания, которые устанавливаются с учетом плюса и минуса.

При движении электроны встречают на своем пути атомы вещества, которым передается часть энергии в результате столкновения, что приводит к нагреву тела, пропускающее ток. При этом при столкновении происходит подтормаживание электронов. Появляющееся электрическое поле имеет способность заново ускорять замедленные электроны, которые снова начинают свое движение к положительному полюсу. Весь этот процесс будет бесконечным, пока тело подключено к источнику электрического поля. Именно движущиеся электроны испытывают на себе сопротивление поля, при этом существует прямая связь между количеством препятствий на пути заряженных частиц и значением данной величины. Сопротивление тока в цепи увеличивается при увеличении количества столкновении электронов.

Сопротивление цепи — что это?

Существует два вида определения сопротивления. Первое базируется на законе Ома. Согласно данному определению сопротивление цепи есть численная величина, определяемая как результат деления значения напряжения, создаваемого в проводнике на силу тока, который протекает через него. Формула сопротивления в данном случае будет иметь вид:

R=U:I, где

R — сопротивление;
U — напряжение;
I — сила тока.

Второе определение формулы сопротивления базируется на физических особенностях токопроводящего материала. Сопротивление источника есть также числовая величина, указывающая на способность тела превращать электрическую энергию в тепловую. Формула сопротивления в Омах для второго случая выглядит следующим образом:

R=(p*l)/S, где

R — сопротивление;
p — удельное сопротивление;
l — длина проводника;
S — площадь сечения.

При этом оба определения являются правильными и имеют право быть, но преимущественно в школьном курсе изучают лишь первый постулат. Единицы, определяющие сопротивление — Ом, названы так по имени ученого, который открыл сам факт существования данного явления и описал его природу.

Закон Ома или что есть сила в Омах

Одним очень важным открытием для понимания физической сущности электричества является открытый Омом закон, который выводит зависимость силы тока от напряжения. В основе закона лежит простой эксперимент. Представим, что существует простейшая цепь, которая состоит из обычной лампочки и амперметра. При добавлении в цепь большого гальванического элемента можно наблюдать, что нить накаливания лампы не нагревается и в сети практически отсутствует ток. Но если имеющийся гальванический элемент заменить свежим аккумулятором или элементом питания, то лампочка моментально загорается и ток в сети увеличивается. Замерив ток на обоих концах сети можно заметить, что при включении в сеть элемента питания напряжение значительно возрастает.

Закон Ома для участка цепи

Из проведенного опыта вытекает сформулированный Омом закон, который гласит, что сила тока в проводящем электрический ток теле увеличивается при увеличении напряжения, подаваемого к концам цепи или проводника. При этом сила тока находится в прямо пропорциональной зависимости от напряжения и обратно пропорциональной связи с сопротивлением. Закон Ома — это зависимая связь, в которой принимают участие сила тока, сопротивление и напряжение.

Виды сопротивлений

Физика выделяет несколько видов электрического сопротивления:

  1. Удельное. Под удельным сопротивлением понимается способность металла или иного тела противостоять прохождению электрического тела. Высокая величина удельного сопротивления будет означать, что данный материал является плохим проводником;
  2. Сопротивление провода. В данном случае формула сопротивления в Омах будет включать в себя диаметр сечения провода, удельное сопротивление конкретного металла и длину провода;
  3. Поверхностное сопротивление. Этот вид применяется для расчета удельного сопротивления тонких материалов, в частности пленок. В случае поверхностного сопротивления диаметр сечения в формуле представлен в виде габаритных размеров (толщина, длина, ширина).

Электрическое сопротивление является важным понятием, сделавшее возможным создание резистора, главная задача которого является осуществление контроля и ограничения действия электрического тока. Применение резисторов сводится к препятствованию возрастанию напряжения, поскольку эта деталь способна рассеивать тепло. Также резистор, который является неотъемлемой частью любой современной платы и схемы, применяется для разделения напряжения, понижая данную характеристику.

Сила тока при последовательном соединении

В электрических цепях используются различные типы соединений. Основными являются последовательные, параллельные и смешанные схемы подключений. В первом случае используется несколько сопротивлений, соединенных в единую цепочку друг за другом. То есть, начало одного резистора соединяется с концом второго, а начало второго – с концом третьего и так далее, до любого количества сопротивлений. Сила тока при последовательном соединении будет одинаковой во всех точках и на всех участках. Для определения и сравнения других параметров электрической цепи, следует рассматривать и остальные виды соединений, обладающие собственными свойствами и характеристиками.

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Любая нагрузка обладает сопротивлением, препятствующим свободному течению электрического тока. Его путь проходит от источника тока, через проводники к нагрузке. Для нормального прохождения тока, проводник должен обладать хорошей проводимостью и легко отдавать электроны. Это положение пригодится далее при рассмотрении вопроса, что такое последовательное соединение.

В большинстве электрических цепей применяются медные проводники. Каждая цепь содержит приемники энергии – нагрузки, обладающие различными сопротивлениями. Параметры соединения лучше всего рассматривать на примере внешней цепи источника тока, состоящей из трех резисторов R1, R2, R3. Последовательное соединение предполагает поочередное включение этих элементов в замкнутую цепь. То есть начало R1 соединяется с концом R2, а начало R2 – с концом R3 и так далее. В такой цепочке может быть любое количество резисторов. Эти символы используют в расчетах последовательные и параллельные соединения.

Сила тока на всех участках будет одинаковой: I = I1 = I2 = I3, а общее сопротивление цепи составит сумму сопротивлений всех нагрузок: R = R1 + R2 + R3. Остается лишь определить, каким будет напряжение при последовательном соединении. В соответствии с законом Ома, напряжение представляет собой силу тока и сопротивления: U = IR. Отсюда следует, что напряжение на источнике тока будет равно сумме напряжений на каждой нагрузке, поскольку ток везде одинаковый: U = U1 + U2 + U3.

При постоянном значении напряжения, ток при последовательном соединении будет находиться в зависимости от сопротивления цепи. Поэтому при изменении сопротивления хотя-бы на одной из нагрузок, произойдет изменение сопротивления во всей цепи. Кроме того, изменятся ток и напряжение на каждой нагрузке. Основным недостатком последовательного соединения считается прекращение работы всех элементов цепи, при выходе из строя даже одного из них.

Совершенно другие характеристики тока, напряжения и сопротивления получаются при использовании параллельного соединения. В этом случае начала и концы нагрузок соединяются в двух общих точках. Происходит своеобразное разветвление тока, что приводит к снижению общего сопротивления и росту общей проводимости электрической цепи.

Для того чтобы отобразить эти свойства, вновь понадобится закон Ома. В данном случае сила тока при параллельном соединении и его формула будет выглядеть так: I = U/R. Таким образом, при параллельном соединении n-го количества одинаковых резисторов, общее сопротивление цепи будет в n раз меньше любого из них: Rобщ = R/n. Это указывает на обратно пропорциональное распределение токов в нагрузках по отношению к сопротивлениям этих нагрузок. То есть, при увеличении параллельно включенных сопротивлений, сила тока в них будет пропорционально уменьшаться. В виде формул все характеристики отображаются следующим образом: сила тока – I = I1 + I2 + I3, напряжение – U = U1 = U2 = U3, сопротивление – 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

При неизменном значении напряжения между элементами, токи в этих резисторах не имеют зависимости друг от друга. Если один или несколько резисторов будут выключены из цепи, это никак не повлияет на работу других устройств, остающихся включенными. Данный фактор является основным преимуществом параллельного соединения электроприборов.

В схемах обычно не используется только последовательное соединение и параллельное соединение сопротивлений, они применяются в комбинированном виде, известном как смешанное соединение. Для вычисления характеристик таких цепей применяются формулы обоих вариантов. Все расчеты разбиваются на несколько этапов, когда вначале определяются параметры отдельных участков, после чего они складываются и получается общий результат.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Основным законом, применяемым при расчетах различных видов соединений, является закон Ома. Его основным положением является наличие на участке цепи силы тока, прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной сопротивлению на данном участке. В виде формулы этот закон выглядит так: I = U/R. Он служит основой для проведения расчетов электрических цепей, соединяемых последовательно или параллельно. Порядок вычислений и зависимость всех параметров от закона Ома наглядно показаны на рисунке. Отсюда выводится и формула последовательного соединения.

Более сложные вычисления с участием других величин требуют применения правила Кирхгофа. Его основное положение заключается в том, что несколько последовательно соединенных источников тока, будут обладать электродвижущей силой (ЭДС), составляющей алгебраическую сумму ЭДС каждого из них. Общее сопротивление этих батарей будет состоять из суммы сопротивлений каждой батареи. Если выполняется параллельное подключение n-го количества источников с равными ЭДС и внутренними сопротивлениями, то общая сумма ЭДС будет равно ЭДС на любом из источников. Значение внутреннего сопротивления составит rв = r/n. Эти положения актуальны не только для источников тока, но и для проводников, в том числе и формулы параллельное соединение проводников.

В том случае, когда ЭДС источников будет иметь разное значение, для расчетов силы тока на различных участках цепи применяются дополнительные правила Кирхгофа.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Закон Ома и взаимосвязь V-I-R

В физике есть определенные формулы, настолько мощные и всеобъемлющие, что они достигли уровня общеизвестности. Студент-физик столько раз записывал такие формулы, что запоминал их, даже не пытаясь. Конечно, для профессионалов в этой области такие формулы настолько важны, что они запечатлеваются в их сознании. В области современной физики есть E = m • c 2 . В области ньютоновской механики есть F нетто = м • а. В области волновой механики есть v = f • λ. А в области тока электричества есть ΔV = I • R.

Преобладающее уравнение, которое пронизывает изучение электрических цепей, это уравнение двух точках цепи ( ΔV ) эквивалентно произведению тока между этими двумя точками ( I ) и общего сопротивления всех электрических устройств между этими двумя точками ( Р ). В оставшейся части этого раздела «Класс физики» это уравнение станет наиболее распространенным уравнением, которое мы видим. Это уравнение, часто называемое уравнением закона Ома , является мощным предсказателем взаимосвязи между разностью потенциалов, током и сопротивлением.

 

 

Закон Ома как показатель силы тока и сопротивление известно. Тем не менее, хотя это уравнение служит мощным рецептом решения проблем, оно представляет собой гораздо больше. Это уравнение указывает две переменные, которые могут повлиять на величину тока в цепи. Сила тока в цепи прямо пропорциональна разности электрических потенциалов на ее концах и обратно пропорциональна общему сопротивлению внешней цепи. Чем больше напряжение батареи (т. е. разность электрических потенциалов), тем больше ток. И чем больше сопротивление, тем меньше ток. Заряд течет с наибольшей скоростью, когда напряжение батареи увеличивается, а сопротивление уменьшается. В самом деле, двукратное увеличение напряжения батареи приведет к двукратному увеличению тока (если все остальные факторы остаются равными). А увеличение сопротивления нагрузки в два раза приведет к уменьшению тока в два раза до половины его первоначального значения.

В таблице ниже эта взаимосвязь иллюстрируется как качественно, так и количественно для нескольких цепей с различными напряжениями и сопротивлениями аккумуляторов.

 
Цепь
Схема
Аккумулятор
Напряжение
(ΔV)
Всего
Сопротивление
()
Текущий
(Ампер)
1.
1,5 В
3
0,50 А
2.
3,0 В
3 Ом
1 А
3.
4,5 В
3
1,5 А
4.
1,5 В
6
0,25 А
5.
3,0 В
6
0,5 А
6.
4,5 В
6 Ом
0,75 А
7.
4,5 В
9 Ом
0,50 А


Строки 1, 2 и 3 показывают, что удвоение и утроение напряжения батареи приводит к удвоению и утроению тока в цепи. Сравнение строк 1 и 4 или строк 2 и 5 показывает, что удвоение общего сопротивления позволяет вдвое уменьшить ток в цепи.

Поскольку на ток в цепи влияет сопротивление, резисторы часто используются в цепях электроприборов, чтобы влиять на величину тока, присутствующего в его различных компонентах. Увеличивая или уменьшая величину сопротивления в конкретной ветви цепи, производитель может увеличивать или уменьшать величину тока в этой ветви . Кухонные приборы, такие как электрические смесители и регуляторы освещенности, работают, изменяя ток на нагрузке путем увеличения или уменьшения сопротивления цепи. Нажатие различных кнопок на электрическом миксере может изменить режим с смешивания на взбивание, уменьшив сопротивление и позволив большему току присутствовать в миксере. Точно так же поворот диска на диммерном переключателе может увеличить сопротивление его встроенного резистора и, таким образом, уменьшить ток.

На приведенной ниже схеме изображена пара цепей, содержащих источник напряжения (батарейный блок), резистор (лампочка) и амперметр (для измерения силы тока). В какой цепи лампочка имеет наибольшее сопротивление? Нажмите кнопку «Просмотреть ответ», чтобы убедиться, что вы правы.


 

 

Уравнение закона Ома часто изучается в физических лабораториях с использованием резистора, аккумуляторной батареи, амперметра и вольтметра. Амперметр — это прибор, используемый для измерения силы тока в заданном месте. Вольтметр — это устройство, оснащенное щупами, которые можно прикоснуться к двум точкам цепи, чтобы определить разность электрических потенциалов в этих точках. Изменяя количество элементов в аккумуляторной батарее, можно изменять разность электрических потенциалов во внешней цепи. Вольтметр можно использовать для определения этой разности потенциалов, а амперметр можно использовать для определения тока, связанного с этим ΔV. Батарея может быть добавлена ​​к блоку батарей, и процесс может быть повторен несколько раз, чтобы получить набор данных I-ΔV. График зависимости I от ΔV даст линию с наклоном, эквивалентным обратной величине сопротивления резистора. Это можно сравнить с заявленным производителем значением, чтобы определить точность лабораторных данных и достоверность уравнения закона Ома.

 

Величины, символы, уравнения и единицы!

Склонность обращать внимание на единицы измерения — неотъемлемая черта любого хорошего студента-физика. Многие трудности, связанные с решением задач, могут быть связаны с неспособностью уделить внимание единицам. По мере того, как все больше и больше электрических величин и соответствующих им метрических единиц вводятся в этом разделе учебника «Класс физики», становится все более важным организовать информацию в вашей голове. В таблице ниже перечислены некоторые количества, которые были введены до сих пор. Символ, уравнение и соответствующие метрические единицы также перечислены для каждой величины. Было бы разумно часто обращаться к этому списку или даже сделать свою собственную копию и дополнять ее по мере продвижения модуля. Некоторые учащиеся считают полезным сделать пятую колонку, в которой указано определение каждой величины.

Количество
Символ
Уравнение(я)
Стандартная метрическая единица измерения
Прочие единицы
Потенциальная разница

(он же напряжение)

ΔV
ΔV = ΔPE/Q

ΔV = I • R

Вольт (В)
Дж / С
Текущий
я
I = Q/t

I = ΔV/R

Ампер (А)
Ампер или C/s

или В/Ом

Мощность
Р
P = ΔPE/т

(больше будет)

Вт (Вт)
Дж/с
Сопротивление
Р
R = ρ • L / A

R = ΔV / I

Ом (Ом)
В/А
Энергия
E или ΔPE
ΔPE = ΔV • Q

ΔPE = P • t

Джоуль (Дж)
В • C или

Вт • с

(Обратите внимание, что символ единицы измерения C представляет единицу измерения Кулоны. )

 

В следующем разделе урока 3 мы еще раз рассмотрим количественную мощность. Новое уравнение для мощности будет введено путем объединения двух (или более) уравнений из приведенной выше таблицы.

 

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. Легко перетащите источник напряжения, резисторы и провода на рабочую область. Соедините их, и у вас есть схема. Добавьте амперметр для измерения тока и используйте датчики напряжения для определения падения напряжения. Это так просто. И не нужно беспокоиться о поражении электрическим током (если, конечно, вы не читаете это в ванной).


Посетите:  DC Circuit Builder


Проверьте свое понимание

1. Что из следующего приведет к уменьшению тока в электрической цепи? Выберите все подходящие.

а. уменьшить напряжение

б. уменьшить сопротивление

в. увеличить напряжение

д. увеличить сопротивление

 

 

2. Некоторая электрическая цепь содержит батарею с тремя ячейками, провода и лампочку. Что из нижеперечисленного заставит лампочку светить менее ярко? Выберите все подходящие.

а. увеличить напряжение батареи (добавить еще одну ячейку)

б. уменьшить напряжение батареи (удалить элемент)

в. уменьшить сопротивление цепи

д. увеличить сопротивление цепи

 

 

 

3. Вас, вероятно, предупредили о необходимости избегать контакта с электроприборами или даже электрическими розетками мокрыми руками. Такой контакт более опасен, когда ваши руки мокрые (а не сухие), потому что мокрые руки вызывают ____.

а. напряжение цепи должно быть выше

б. напряжение цепи должно быть ниже

в. ваше сопротивление будет выше

д. ваше сопротивление должно быть ниже

эл. ток через вас будет ниже

 

 

 

4. Если сопротивление цепи увеличить втрое, то ток в цепи будет ____.

а. одна треть от

б. в три раза больше

с. без изменений

д. … бред какой то! Не было бы никакой возможности сделать такой прогноз.

 

 

 

5. Если напряжение в цепи увеличить в четыре раза, то ток в цепи будет ____.

а. одна четвертая часть

б. в четыре раза больше

в. без изменений

д. … бред какой то! Не было бы никакой возможности сделать такой прогноз.

 

 

 

6. Цепь соединена с источником питания, резистором и амперметром (для измерения силы тока). Амперметр показывает ток 24 мА (миллиампер). Определить новый ток, если напряжение источника питания было…

а. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.

б. … увеличилось в 3 раза, а сопротивление осталось постоянным.

в. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.

д. … оставался постоянным, а сопротивление увеличивалось в 2 раза.

эл. … оставался постоянным, а сопротивление увеличивалось в 4 раза.

ф. … оставался постоянным, а сопротивление уменьшалось в 2 раза.

г. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.

час. … увеличилось в 3 раза, а сопротивление уменьшилось в 2 раза.

я. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.

 

 

 

7. Используйте уравнение закона Ома, чтобы дать численные ответы на следующие вопросы:

а. Электрическое устройство с сопротивлением 3,0 Ом пропустит через себя ток силой 4,0 А, если на устройство будет воздействовать падение напряжения ________ Вольт.

б. Когда на электрический нагреватель подается напряжение 120 В, через нагреватель потечет ток силой 10,0 ампер, если сопротивление составляет ________ Ом.

в. Фонарик, который питается от 3 Вольт и использует лампочку с сопротивлением 60 Ом, будет иметь силу тока ________ Ампер.

 

 

 

8. Используйте уравнение закона Ома, чтобы определить недостающие значения в следующих цепях.

 

 

 

9. См. вопрос 8 выше. В цепях схем А и Б каким способом регулировали ток в цепях? А в цепях схем С и Г каким методом регулировали ток в цепях?

 

Следующий раздел:

Перейти к следующему уроку:

Формула, график и 3 простых примера

Уровень 2 (без высшей математики)

Уровень 2 требует школьной математики. Подходит для школьников.

Обновлено Александром Фуфаевым

Содержание
  1. 1-я составляющая: Напряжение
  2. 2-я составляющая: Электрический проводник
  3. 3-я составляющая: Электрический ток
  4. Вот график Ома научитесь определять закон Ома на вольтамперной диаграмме.
  5. Закон Ома как формула Здесь вы узнаете о знаменитой формуле URI, о том, как легко ее запомнить и как она получается.
  6. Электрическое сопротивление Здесь вы узнаете, что такое единица электрического сопротивления и какое отношение она имеет к проводникам.
  7. 3 Примеры применения формулы URI Здесь на трех примерах вы узнаете, как рассчитать напряжение, ток или сопротивление, когда заданы две другие величины.

Видео — Закон Ома: 2 простых способа понять и применить его к цепям

Воспроизвести видео: Keynote (Google I/O ’18)

Скачать видео Разблокировать

Закон Ома, названный в честь немецкого физика Георга Симона Ома, описывает, как электрический ток \(I\) и напряжение \(U\ ) относятся к.

Итак, если вы хотите понять и построить электрические цепи, без закона Ома далеко не уедешь. Так что стоит понять этот закон. Тем более, что это самый простой физический закон, который вы можете себе представить.

На предыдущих уроках вы узнали, что физически означают электрический ток и напряжение. Вот краткий обзор!

1-й ингредиент: Напряжение

Напряжение между отрицательным и положительным полюсами.

Если разделить положительные и отрицательные электрические заряды и поместить их в две коробки, связка отрицательных зарядов образует отрицательный полюс , а связка положительных зарядов образует положительный полюс .

Напряжение создается между отрицательным и положительным полюсами. Напряжение обозначается буквой \(U\) и изображается, например, так. Напряжение показывает, сколько кинетической энергии получит положительный заряд, если он переместится от положительного полюса к отрицательному. Напряжение измеряется в вольтах, сокращенно \(\text{V}\). Предположим, что между полюсами имеется напряжение \( 10 \, \text{V} \).

2-й ингредиент: электрический проводник

Мы мало что можем сделать с одним только напряжением. Далее нам понадобится электропроводник . Это может быть, например, медный или алюминиевый провод. Этот проводник нам нужен для соединения двух полюсов друг с другом. Конечно, имеет значение, используем ли мы для соединения медь или алюминий, потому что разные материалы проводят заряды по-разному. Но об этом позже.

3-й ингредиент: Электрический ток

После соединения двух полюсов по проводнику протекает электрический ток \(I\).

Поскольку два полюса теперь соединены током, положительные заряды могут перемещаться к отрицательному полюсу вдоль проводника. В конечном итоге их притягивают отрицательные заряды. Таким образом, по этому проводнику протекает электрического тока \(I\). Отрицательные заряды, конечно же, также будут перемещаться к положительному полюсу. Однако мы закрепили их в коробке, чтобы они не могли двигаться, чтобы не усложнять наш мысленный эксперимент.

Результирующий электрический ток \(I\) измеряется в амперах (или коротких амперах), обозначаемых буквой \(\text{A}\). Предположим, что по проводнику протекает ток \( 1 \, \text{A}\).

Со временем количество положительных зарядов на положительном полюсе будет уменьшаться, поскольку заряды все время движутся к отрицательному полюсу. Таким образом, напряжение и ток также будут уменьшаться со временем, поскольку разделяется меньше зарядов. Чтобы предотвратить это, мы будем постоянно поставлять заряды для поддержания разделения зарядов. Это пополнение зарядов является целью источник напряжения .

С источником напряжения мы гарантируем, что напряжение и ток остаются постоянными и не снижаются.

Закон Ома в виде графика

Напряжение между полюсами установлено равным \( 10 \, \text{V}\) и течет ток \( 1 \, \text{A}\). Теперь давайте изменим напряжение и посмотрим, как это повлияет на электрический ток. Мы можем изменить напряжение, изменив количество разделенных зарядов.

  • Если мы увеличим напряжение с \( 10 \, \text{В}\) до \( 20 \, \text{В}\), то ток возрастет с \( 1 \, \text{A }\) в \( 2 \, \text{A}\). У нас есть удвоил напряжение \(U\) и, таким образом, ток \(I\) также удвоил .

  • Если мы увеличим напряжение с \( 20 \, \text{В}\) до \( 60 \, \text{В}\), то ток возрастет с \( 2 \, \text{A }\) в \( 6 \, \text{A}\). У нас утроило напряжение \(U\) и, таким образом, ток \(I\) также увеличил втрое .

  • Если уменьшить напряжение с \( 60 \, \text{В}\) до \( 40 \, \text{В}\), то ток уменьшится с \( 6 \, \text{А }\) в \( 4 \, \text{A}\). Мы уменьшили напряжение \(U\) в раз \(\frac{2}{3}\) и, таким образом, ток \(I\) также уменьшился в раз \(\frac{2}{3}\).

Независимо от того, во сколько раз мы изменим напряжение, во столько же раз изменится и ток.

Напряжение \(U\) и \(I\) нанесены на график. Прямая линия получается, когда точки соединяются.

Мы можем проиллюстрировать измеренные значения на диаграмме. По оси \(y\), то есть по вертикальной оси, откладываем напряжение. А по оси \(x\), то есть по горизонтальной оси, откладываем ток. Этот график называется график напряжение-ток , потому что он иллюстрирует взаимосвязь между напряжением и током.

Если мы теперь соединим измеренные точки данных друг с другом, мы получим прямую линию . Всякий раз, когда на графике выходит прямая линия, мы говорим, что нанесенные на график величины связаны линейно друг с другом. Итак, мы нашли закон, согласно которому напряжение и ток связаны линейно. А это и есть утверждение закона Ома!

Что визуально выражает закон Ома?

Закон Ома гласит, что если изобразить напряжение \(U\) как функцию тока \(I\), мы получим прямую линию.

Что, если мы нанесем наши измерения напряжения и тока и получим такой график, как на иллюстрации (4)?

Омические проводники имеют прямую линию напряжение-ток.

Этот проводник, соединяющий полюса и по которому течет ток, соответствует закону Ома? Нет! Потому что это не прямая линия. Проводник удовлетворяет закону Ома только в том случае, если график напряжения-силы представляет собой прямую линию. Электрический ток по таким проводникам, дающим прямую линию, называется 9.0011 омические проводники , потому что они точно выполняют закон Ома. Например, проводник из меди является омическим проводником. Это связано с тем, что если мы прикладываем напряжение к медному проводнику и в результате течет ток, то ток и напряжение связаны линейно.

Прямая вольтамперная линия представлена ​​наклоном . Обозначим наклон как электрическое сопротивление и сократим буквой \(R\):

Сопротивление есть наклон прямой линии

Якорь формулы $$ \begin{align} \text{Steigung der Geraden = Widerstand } R \end{align} $$

Таким образом, мы можем сказать:

  • крутая прямая имеет большой уклон и, таким образом, представляет собой большое электрическое сопротивление .

  • Неглубокая прямая линия имеет небольшой наклон и, таким образом, представляет малое электрическое сопротивление .

Неглубокая прямая линия (малое сопротивление) и крутая прямая линия (большое сопротивление).

Какое влияние оказывает наклон прямой линии на напряжение и ток?

  • Неглубокая прямая линия, то есть небольшое сопротивление, означает: Если вы увеличите напряжение \(U\) лишь немного, то ток \(I\) увеличится очень сильно.

  • С другой стороны, крутая прямая, то есть большое сопротивление, означает: Если немного увеличить напряжение \(U\), то ток \(I\) также увеличится очень незначительно .

Закон Ома в виде формулы

Как теперь мы можем объединить три величины: напряжение \(U\), ток \(I\) и сопротивление \(R\) в одной формуле? Давайте на языке физики, то есть математики, переведем эту прямую в формулу.

Из математики известно, что прямая, проходящая через начало системы координат, описывается уравнением прямой:

Уравнение прямой

Якорь формулы $$ \begin{align} y ~=~ м \, х \end{align} $$

Здесь \(m\) – наклон прямой. В нашем случае наклон сопротивления равен \(R\). Итак, давайте заменим \(m\) на \(R\): \( y = R \, x \). \(y\) находится на оси \(y\) и представляет собой напряжение \(U\). Таким образом, мы заменяем \(y\) на \(U\): \(U = R\,x\). \(x\) находится на оси \(x\) и в нашем случае представляет текущий \(I\). Заменим \(x\) на \(I\). И у нас есть прямая линия на диаграмме, переведенная в формулу. Итак, закон Ома в виде формулы:

Закон Ома в виде формулы

Якорь формулы $$ \begin{align} U ~=~ R \, I \end{align} $$

Правило памяти

Вы знаете, как запомнить формулу 2 навсегда? Просто запомните слово ‘\(URI\)’! Просто добавьте знак равенства между \(U\) и \(R\), и вы получите закон Ома!

Электрическое сопротивление

Единицу сопротивления можно узнать из формулы закона Ома. Вам нужно только решить формулу сопротивления \(R\). Перенесите \(I\) на другую сторону и вы получите:

Формула: Сопротивление по закону Ома

Анкер формулы $$ \begin{align} R ~=~ \frac{U}{I} \end{align} $$

Напряжение имеет единицу измерения Вольт и сила тока имеет единицу Ампер. Следовательно, сопротивление должно иметь единицу измерения Вольт на Ампер :

Единица измерения сопротивления: Вольт на Ампер

Якорь формулы $$ \begin{align} [R] &~=~ \frac{\text{Вольт}} {\text{Ампер}} \\\\
&~=~ \frac{\mathrm{V}}{\mathrm{A}} \end{align} $$

Мы обозначаем Вольт на Ампер кратко единицей измерения Ом :

Ом как единицу сопротивления

Якорь формулы end{align} $$

Кстати, этот символ \(\Omega\) является греческой буквой “Омега”. Значение этого электрического сопротивления \(R\) зависит от проводника, используемого для соединения положительного и отрицательного полюсов.

  • Проводник из меди имеет меньшее сопротивление \(R\), чем проводник из алюминия. Для медного проводника мы ожидаем более пологую прямую линию, чем для алюминиевого проводника.

  • Проводник из алюминия имеет меньшее сопротивление \(R\), чем проводник из железа. Таким образом, железный проводник имеет более крутую прямую, чем алюминиевый проводник.

3 Примеры применения формулы URI

Давайте рассмотрим несколько конкретных примеров применения формулы закона Ома.

Пример: Рассчитать неизвестное сопротивление

Напряжение между полюсами равно \(U ~=~ 10 \, \text{V}\), а ток, протекающий по проводнику, равен \(I ~=~ 1 \, \text{A }\). Чему равно сопротивление проводника?

Решаем закон Ома для сопротивления \(R\):

Формула URI переставлена ​​для R

Якорь формулы $$ \begin{align} R ~=~ \frac{U}{I} \end{ align} $$

Затем вставляем заданные значения:

Пример расчета сопротивления

Якорь формулы $$ \begin{align} R &~=~ \frac{10 \, \mathrm{V}}{1 \, \mathrm{A}} \\\\
&~=~ 10 \, \mathrm{\Omega} \end{align} $$

Пример: Расчет неизвестного напряжения

Ток, текущий через проводник, равен \(I = 2 \, \text{A} \), а сопротивление проводника равно \(R = 100 \, \Omega \). Чему равно напряжение между концами проводника, то есть между двумя полюсами?

Здесь мы можем напрямую использовать формулу URI:

Формула URI

Якорь формулы $$ \begin{align} U ~=~ R\, I \end{align} $$

Вставить заданные значения:

Расчет напряжения по закону Ома

Анкерная формула $$ \begin{align} U &~=~ 100 \, \Omega ~\cdot~ 2 \, \mathrm{A} \\\\
&~=~ 200 \, \mathrm{V} \end{align} $$

Пример: Расчет неизвестного тока

Напряжение между концами проводника равно \(U ~=~ 6 \, \text{V}\), а сопротивление проводника \(R ~=~ 2 \, \Omega \). Чему равен электрический ток через проводник?

Чтобы определить ток \(I\), мы решаем \(U ~=~ R\,I\) для тока, перенося сопротивление \(R\) на другую сторону. Тогда мы получаем:

Формула URI изменена для текущей

Якорь формулы $$ \begin{align} I ~=~ \frac{U}{R} \end{align} $$

Вставьте заданные значения:

Расчет силы тока по закону Ома

Привязка к формуле $$ \begin{align} I &~=~ \frac{6 \, \mathrm{V}}{2 \, \mathrm{\Omega} } \\\ \
&~=~ 3 \, \mathrm{A} \end{align} $$

Вот и все! Вы узнали, что проводник подчиняется закону Ома, если на диаграмме напряжение-ток получается прямая линия. Кроме того, закон Ома описывается формулой \( U ~=~ R\,I \). Где сопротивление \(R\) представляет собой наклон прямой линии.

На следующем уроке вы научитесь применять закон Ома к простым электрическим цепям.

Калькуляторы и формулы закона Ома

Прежде чем щелкнуть в каждом калькуляторе закона Ома для ответа, введите числа в уравнение, которое вы хотите использовать. для расчета тока, мощности, сопротивления или напряжения. *Обновлено 8 января 2011 г., чтобы принять/изменить запятые на точки для тех, кто использует запятые в качестве десятичных разделителей.

Калькуляторы закона Ома

• Текущие (I) калькуляторы
• Калькулятор мощности (P)
• Калькулятор сопротивления (R)
• Калькуляторы напряжения (E)

Ваш блокировщик рекламы препятствует правильному отображению этой страницы.

Текущие калькуляторы

Рассчитать ток (I)
И = П/Э
Мощность Напряжение Текущий
Вт Вольт Ампер
I = квадратный корень из (P/R)
Мощность Сопротивление Текущий
Вт Ом Ампер
И = Э/Р
Напряжение Сопротивление Текущий
Вольт Ом Ампер

Калькуляторы мощности

Рассчитать мощность (P)
P = I 2 x R
Текущий Сопротивление Мощность
Ампер Ом Вт
Р = Э х Я
Напряжение Текущий Мощность
Вольт Ампер Ватт
Р = Е 2 / Р
Напряжение Сопротивление Мощность
Вольт Ом Вт

Калькулятор сопротивления

Рассчитать сопротивление (R)
Р = П/И 2
Мощность Ток Сопротивление
Вт Ампер Ом
Р = Э/И
Напряжение Ток Сопротивление
Вольт Ампер Ом
Р = Е 2 / Р
Напряжение Мощность Сопротивление
Вольт Ватт Ом

Вычислители напряжения

3 3
Расчет напряжения (E)
Е = I х R
Ток Сопротивление Напряжение
Ампер Ом Вольт
Э = П/Я
Мощность Ток Напряжение
Ватт Ампер Вольт
E = квадратный корень из (P x R)
Мощность Сопротивление Напряжение
Ватт Ом Вольт

Основы мобильной электроники:
• Диоды
• Глоссарий терминов и определений
• Закон Ома
• Рекомендуемые книги и DVD
• Рекомендуемые сечения проводов
• Реле
• Резисторы
• Инструменты и оборудование



  •  

Подпишитесь на the12volt. com
Понедельник, 19 сентября 2022 г. • Copyright © 1999-2022 the12volt.com, Все права защищены.

• Политика конфиденциальности и использование файлов cookie

Отказ от ответственности: *Вся информация на этом сайте (the12volt.com) предоставляется «как есть» без каких-либо явных или подразумеваемых гарантий, включая, помимо прочего, пригодность для конкретного использования. Любой пользователь принимает на себя весь риск в отношении точности и использования этой информации. Пожалуйста проверьте все цвета проводов и схемы, прежде чем применять какую-либо информацию.


Сопротивление и удельное сопротивление

Сопротивление и удельное сопротивление

Электрическое сопротивление компонента цепи или устройства определяется как отношение приложенного напряжения к электрическому току который протекает через него:


Если сопротивление постоянно в значительном диапазоне напряжения, то закон Ома I = V/R можно использовать для прогнозировать поведение материала. Хотя приведенное выше определение включает в себя постоянный ток и напряжение, то же самое определение справедливо и для применения резисторов на переменном токе.

Независимо от того, подчиняется ли материал закону Ома, его сопротивление можно описать с помощью объемного удельного сопротивления. Удельное сопротивление и, следовательно, сопротивление зависят от температуры. В значительных диапазонах температур эту температурную зависимость можно предсказать по температурному коэффициенту сопротивления.

Проводники и изоляторы Комбинации резисторов Неомическое сопротивление: электротравление
Поведение резистора при переменном токе Обычные угольные резисторы
Индекс

Цепи постоянного тока

  9 9
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Ожидается, что электрическое сопротивление провода будет больше для более длинного провода, меньше для провода с большей площадью поперечного сечения и, как ожидается, будет зависеть от материала, из которого сделан провод. Экспериментально зависимость от этих свойств является прямой для широкого диапазона условий, и сопротивление провода может быть выражено как

Фактором сопротивления, учитывающим природу материала, является удельное сопротивление. Хотя оно зависит от температуры, его можно использовать при заданной температуре для расчета сопротивления провода заданной геометрии.

Следует отметить, что предполагается, что ток является однородным по всему поперечному сечению провода, что верно только для постоянного тока. Для переменного тока существует явление «скин-эффекта», при котором плотность тока максимальна при максимальном радиусе провода и падает для меньших радиусов внутри провода. На радиочастотах это становится основным фактором при проектировании, поскольку по внешней части провода или кабеля проходит большая часть тока.

Обратная величина удельного сопротивления называется проводимостью. Есть контексты, в которых использование проводимости более удобно.

Электропроводность = σ = 1/ρ

Расчет Таблица удельных сопротивлений Общие калибры проволоки
Микроскоп удельного сопротивления
Индекс
 
Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Правила комбинирования любого количества резисторов, соединенных последовательно или параллельно, могут быть получены с использованием закона Ома, закона напряжения и действующий закон.


Сравнительный пример
Индекс

Цепи постоянного тока

  9 9
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Ожидается, что электрическое сопротивление провода будет больше для более длинного провода, меньше для провода с большей площадью поперечного сечения и, как ожидается, будет зависеть от материала, из которого сделан провод (удельное сопротивление). Экспериментально зависимость от этих свойств является прямой для широкого диапазона условий, и сопротивление провода может быть выражено как 9Ом-метры
будет иметь сопротивление R = Ом.

Введите данные, а затем нажмите на количество, которое вы хотите рассчитать в активной формуле выше. Неуказанные параметры по умолчанию будут иметь типичные значения для 10 метров медного провода #12. При изменении значения будут , а не принудительно согласованы до тех пор, пока вы не нажмете на количество, которое хотите рассчитать.

Обычно используемые в США калибры проводов
для медных проводов.
AWG
Diameter
(inches)
Typical use
10
0.1019
Electric range
12
0,0808
Home Home Circuit
14
0,0640
СВЕТА. 0013
Стандартные калибры проволоки
Удельное сопротивление некоторых металлов
в Ом-м(x 10 -8 ) при 20°C.
Aluminum
2.65
Gold
2.24
Copper
1.724
Silver
1.59
Iron
9.71
Platinum
10.6
Nichrome
100
Tungsten
5.65
Таблица удельных сопротивлений

Фактором сопротивления, учитывающим природу материала, является удельное сопротивление. Хотя оно зависит от температуры, его можно использовать при заданной температуре для расчета сопротивления провода заданной геометрии.

Дискуссия Таблица удельных сопротивлений Общие калибры проволоки
Индекс
 
Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица
Назад

Закон Ома

 

Закон Ома

Что такое закон Ома?

Закон Ома (названный в честь немецкого физика девятнадцатого века Джорджа Саймона Ома, который его вывел) – это уравнение, описывающее фундаментальную взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Обычно указывается как: E = IR или V=IR, где E или V = напряжение в вольтах. E означает «электродвижущая сила», которая совпадает с напряжением, а I = ток в амперах, а R = сопротивление в омах.

Как используется?

Закон Ома позволяет рассчитать падение напряжения на заданном резисторе, если известен ток, протекающий через резистор.
Пример. Какое напряжение падает на резисторе 10 кОм, через который протекает ток 5 мА? Падение напряжения на резисторе составляет 50 вольт, потому что E = IR = 5 мА * 10K = 50 вольт. (Обратите внимание, что «К» означает 1000 Ом, а «мА» означает 1 x 10 -3 ампер).
Исходным уравнением E = IR можно манипулировать, чтобы найти любое из трех, если известны два других. Три возможные формы уравнения:
(1)   E = IR
(2)   R = E/I
(3)   I = E/R
Пример. Если вы измерили ток, протекающий через 8-омный динамик, и обнаружили, что он составляет 2,5 А (среднеквадратичное значение), напряжение на динамике можно найти, умножив ток на сопротивление, или E = IR = 2,5 A*8 Ом = 20В.

Пример. Если у вас есть резистор неизвестного номинала, и вы измеряете на нем напряжение 10 В с помощью вольтметра, а затем включаете амперметр последовательно с резистором для измерения тока и обнаруживаете, что он равен 100 мА, неизвестное значение сопротивления может быть можно найти, разделив напряжение на резисторе на ток через него, или R = E/I = 10 В/100 мА = 100 Ом.

Пример. Если у вас есть резистор 100 К, и вы измеряете 100 В на нем с помощью вольтметра, ток, протекающий через резистор, можно найти, разделив напряжение на резисторе на сопротивление, или I = 100 В/100 К = 1 мА.

Уравнения мощности

Соответствующее уравнение используется для расчета мощности в цепи: P = EI, где P = мощность (в ваттах), E = напряжение (в вольтах) и I = ток (в амперах).
Пример. Если вы хотите определить выходную мощность усилителя и измерить среднеквадратичное значение 20 В на нагрузке и 2,5 А на нагрузке, мощность, отдаваемая усилителем на нагрузку, составит: P = 20 * 2,5 = 50 Вт.
Как и в случае с уравнениями закона Ома, это уравнение также можно изменить, чтобы решить две другие величины, чтобы получить три возможных уравнения следующим образом:
(1)   P = EI
(2)   E = P/I
(3)   I = P/E.
Пример. Если у вас есть усилитель, выдающий 100 Вт в нагрузку, и вы измеряете 2,5 А в нагрузке, напряжение на нагрузке можно рассчитать как E = P/I = 100 Вт/2,5 А = 40 В.
Пример. Если у вас есть усилитель, который выдает 50 Вт на нагрузку, и вы измеряете 20 В на нагрузке, усилитель выдает ток I = 50 Вт/20 В = 2,5 А.
Уравнение мощности также можно объединить с первым уравнением закона Ома, чтобы получить набор новых уравнений. Поскольку E = IR, вы можете заменить E на IR в уравнении мощности, чтобы получить:
P = EI = (IR)*I, или P = I 2 R.
Вы также можете найти P, если знаете только E и R, подставив I=E/R в уравнение мощности, чтобы получить:
P = EI = E*(E/R), или P = E 2 /R.
Эти два уравнения также можно переставить для решения любой из трех переменных, если известны две другие. Это дает шесть возможных уравнений, связывающих мощность с напряжением, током и сопротивлением:
(1)   P = I 2 R
(2)   R = P/I 2
(3)   I = sqrt(P/R)
(4)   P = E 2 /R
(5 )   R = E 2 /P
(6)   E = sqrt(PR)

Пример. Какой номинальной мощности должен быть резистор 10 Ом, если он используется в качестве развязывающего фильтра в источнике питания и через него будет протекать общий ток 10 мА? Ответ можно найти, используя уравнение (1): P = I 2 R = (10 мА) 2 * 10K = 1 Вт.

Пример. Каково среднеквадратичное значение напряжения на выходе усилителя мощностью 100 Вт при нагрузке 16 Ом? Ответ можно найти с помощью уравнения (6): E = sqrt(PR) = sqrt(100W*16ohms) = 40V RMS.

Пример. Усилитель подключен к нагрузке 8 Ом. Среднеквадратичное напряжение на нем измеряется с помощью DVM (цифровой вольтметр) и оказывается равным 15,5 В непосредственно перед ограничением. Какую неискаженную мощность может выдать усилитель на нагрузку 8 Ом? Ответ можно найти, используя уравнение (4): P = E 2 /R = 15,5 2 /8 = 30 Вт.

Пример. Какой ток выдает усилитель мощностью 100 Вт на нагрузку 16 Ом, нагрузку 8 Ом и нагрузку 4 Ом? Ответ можно найти, используя уравнение (3). Для нагрузки 16 Ом I = sqrt(P/R) = sqrt(100/16) = 2,5 А. Для нагрузки 8 Ом I = sqrt(100/8) = 3,54 А. Для нагрузки 4 Ом I = sqrt(100/4) = 5А.
 

Сводка

Закон Ома, вероятно, является наиболее важным уравнением, используемым при проектировании или анализе схемы. Эти уравнения полезны для расчета многих параметров гитарного усилителя, включая выходную мощность, падение напряжения на резисторах, ток через резисторы, номинальную мощность резисторов и многое другое.

Ниже приведены все уравнения, которые можно вывести из закона Ома и уравнений мощности:

(1)     E = IR
(2)     R = E/I
(3)     I = E/R
(4)     P = EI
(5)     E = P/I
(6)     I = P/E .
(7)     P = I 2 R
(8)     R = P/I 2
(9)     I = sqrt(P/R)
(10)   P = E 2 /R
(11 )   R = E 2 /P
(12)   E = sqrt(PR)
Нет необходимости запоминать все уравнения, так как их можно вывести из следующих двух основных уравнений, просто либо перестроив уравнение для решения одной из двух других неизвестных переменных, либо подставив различные производные уравнения из первого один во второй:
(1)     E = IR
(2)     P = EI

Copyright © 1999, Randall Aiken. Запрещается воспроизводить в любой форме без письменного разрешения Aiken Amplification.

Отредактировано 18.02.14

Q = It E = Расчеты QV Закон Ома V = ИК-исследование факторов, влияющих на сопротивление График ВАХ диод Омический проводник Лампа накаливания igcse/gcse 9-1 Примечания к пересмотру физики

Электричество Часть 3 Закон Ома, экспериментальные исследования сопротивления

а также Графики ВАХ и расчеты с использованием I = V/R, Q = It и E = QV

IGCSE AQA GCSE Physics Edexcel GCSE Physics OCR GCSE Gateway Science Physics OCR GCSE 21st Century Science Physics Примечания к пересмотру школьной физики Дока Брауна: GCSE физика, физика IGCSE, физика уровня O, ~8, 9 классы СШАи 10 школьные курсы по естествознанию или эквивалентные для ~ 14-16 летних учащихся физика

Что такое закон Ома? Как вы выполняете расчеты по закону Ом/с?

Какие факторы влияют на сопротивление схема?

Как построить и использовать схему для изучить закон Ома?

Как рассчитать количество электроэнергии заряд движется по цепи?

Субиндекс для этой страницы

1. Закон Ома, простая схема исследования и вычисления V= IR

2. Движение и единица заряда, кулон, расчеты с использованием Q = It

3. Потенциальная разница и передача электрической энергии, расчет E = QV

4а. Электрическое сопротивление – вовлеченные факторы

4б. Расследование сопротивление провода при постоянной температуре, различной длине и ширине

4с. Расследование вольт-амперные характеристики провода – объяснение графика

4д. расследование вольт-амперная характеристика металлической лампы накаливания – график

4д. Расследование токовая – вольтовая характеристики диода – объяснение графика

См. также ПРИЛОЖЕНИЕ 1 для сводки всей электроэнергии уравнения, которые могут вам понадобиться

ВСЕ мои заметки по физике

Найдите свой GCSE научный курс для получения дополнительной помощи, ссылки на примечания к редакции

Используй свой мобильный телефон или iPad и т. д. в альбомной ориентации

это БОЛЬШОЕ веб-сайте, вам нужно потратить время на его изучение [Поиск по веб-сайту Коробка]

электронный документ коричневый – комментарий – запрос?

1а. Ома Закон  (и упоминание других единиц, рассматриваемых в других разделах)

Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален напряжению на две точки в цепи.

Он включает в себя самое фундаментальное уравнение нужно знать для расчетов электроэнергии.

Это может быть выражено математически как: я = В / Р

перестановок: В = ИК а также Р = В/И (лучше, чем использовать формулу треугольника!)

I = ток в амперах, амперы, А ; мера скорости потока электрического заряда.

V = разность потенциалов, p.d., вольт, В ; мера потенциальной энергии, сообщаемой электрическому заряду течет.

Разность потенциалов в цепи это энергии, переданной на кулон электрического заряда , который протекает между двумя точками электрической цепи.

Кулон ( C ) единица электрического заряда (см. Q = это примечания к уравнению).

Передаваемая энергия рассчитывается из p.d. и количество электрического заряда ( Q ) переехал p.d. в В (см. Э = КВ примечания к уравнениям).

R = сопротивление провода, Ом, Ом ; мера нежелания проводника препятствовать поток заряда.

Чем больше сопротивление резистор, тем больше он сопротивляется и замедляет поток электричества.

Закон Ома означает, что R в этом уравнении является константой, не зависящей от величины протекающего электрического тока.

Закон правильно применяется к так называемым омическим проводники , где протекающий ток прямо пропорционален приложенная разность потенциалов, но некоторые резисторы не подчиняются этому закону, например. нагретая нить из лампочка.

 

1б. Простой эксперимент по измерению сопротивления одного компонента

Если настроить цепь 31 (правая схема), можно измерить сопротивление постоянного резистора [R].

Путем изменения напряжения от источника питания с помощью переменной резисторе, вы можете легко получить множество пар показаний p.d. (В) и ток (А).

Затем используйте уравнение закона Ома R = V/I для расчета значения постоянное сопротивление – примеры расчетов ниже.

Затем можно усреднять значения R, рассчитанные для более надежный результат.

Подробная информация приведена ниже, чтобы получить полную вольт-амперную характеристику. графики, а также как получить сопротивление графическим методом – см. указатель вверху страницы.

Это базовая установка для исследования вольт-амперные характеристики любого компонента Р.

 

1с. Примеры расчеты с помощью Ома Закон V = IR

Q1 Когда п.д. 4,5 В прикладывается к сопротивлению, течет ток 0,5 А.

Какой номинал резистора?

R = V/I = 4,5/0,5 = 9,0 Ом

 

Q2 Сопротивление имеет значение 50 Ом.

Что п.д. должны быть применены через него чтобы через него протекал ток 5,0 А?

В = ИК = 5 х 50 = 250 В

 

Q3 ПД Напряжение 240 вольт подается на резистор нагревательного элемента сопротивлением 30 Ом.

Какой ток протекает через обогреватель?

I = V/R = 240/30 = 8,0 А

 

Q4 Три 1,5-вольтовые батареи были соединены последовательно с тремя лампочками.

Если амперметр измерил ток 0,50 А, какое сопротивление каждой лампочки?

I = V / R, поэтому R = V / I = (3 x 1,5) / 0,50 = 9,0 Ом

Поскольку общее сопротивление = сумма сопротивления, сопротивление каждой лампочки = 9,0 / 3 = 3.0 Ом


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


2. Перемещение заряда

2а. Расчет заряда, проходящего через точку цепи Q = It

Ток (I в амперах) — это скорость электрического тока. заряд вокруг цепи.

Чем больше поток заряда в данный момент времени, тем больше электрический ток.

Скорость потока электрического заряда измеряется в кулонах в секунду.

Вы можете рассчитать заряд, проходящий через точку цепи в заданное время из формулы

Q = Это

где Q = электрический заряд переводится в кулонах ( C ) – блок электрического заряда

я = ток в амперах ( А ) и т = время ( с )

перестановок из Q = It, I = Q/т и  t = Q/I

Ток в 1 А равен скорость потока заряда 1 Кл/с.

 

2б. Примеры расчетных вопросов с участием уравнение Q = It

Q1 Если ток силой 3,0 А проходит через прибор в течение 1 часа 30 минут, какой электрический заряд передается при этом?

Q = It, Q = 3,0 x 1,5 x 60 x 60 = 16 200 C = 91 444 1,62 х 10 4 С

 

Q2 Если Заряд 9000 Кл проходит точку в электрической цепи за 12,0 минут, какой текущий расход?

I = Q/t = 9000/(12 x 60) = 9000/720 = 12,5 А

 

Q3 Сколько времени в минутах и ​​секундах потребуется для электрической цепи ток 20,0 А для передачи заряда 5000 Кл?

т = Q/I = 5000/20 = 250 секунд = 4 минут и 10 секунд

 

Q4 Ноутбук зарядное устройство пропускает ток 1,20 А в течение 30 минут с выходом р. д. 15,0 В.

(a) Рассчитайте, сколько заряда переведены на батарею компьютера.

Q = It = 1,2 х 30 х 60 = 2160 С

(b) Каково сопротивление зарядное устройство?

В = ИК, R = В/I = 15 / 1,2 знак равно 12,5 Ом

(c) Когда аккумулятор ноутбука полностью заряженный он хранит 3000 C.

Сколько времени потребуется, чтобы полностью зарядить разряженный аккумулятор?

Q = It, t = Q / I = 3000 / 1,2 = 2500 с (41 мин 40 с)


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


3. Разница потенциалов и передача энергии

3а. Введение в электрическую энергию передача

Передача энергии на единицу заряда = разность потенциалов (p. d.) и расчеты на основе Э = КВ

В предыдущем разделе мы рассмотрели, как рассчитать количество заряда, движущегося по цепи, но ничего не сказал об энергии перенесено.

Напоминания :

Электрические цепи, используемые термины, символы цепей, параллельные описание цепей и последовательных цепей

Разность потенциалов (п.д. в вольт, В ) — энергия, передаваемая на единицу заряда в виде электрического заряд перемещается из одной точки в другую в электрической цепи.

Измеряется вольтметром, который всегда подключается параллельно компоненту схемы.

Передача электрического тока энергия

Только подумайте обо всех электрических электроприборы, которыми вы пользуетесь – все они нуждаются в подаче энергии для работы!

Блок питания работает на заряжается и передает ему энергию.

Над зарядом должна быть произведена работа увеличить его потенциальную энергию.

Электрический заряд измеряется в кулоны (С)

Заряд и его движение уже рассматривались в раздел 2 (Q = It).

Заряды передают энергию компоненты, когда они проходят, совершая работу против сопротивления компонент.

Если совершена работа, то энергия перенесено.

 

Если электрический заряд испытывает разность потенциалов, этот заряд будет течь, передавая энергию.

Энергия подается из накопителя энергии источник питания – батарея, сетевое электричество и т. д.

При прохождении заряда через любой п.п. падение высвобождает энергию (от более высокого уровня потенциальной энергии к более низкому).

напр. в тонкую проволоку сопротивление , выделяется тепло.

Разность потенциалов между двумя баллов равна работе, выполненной на единицу заряда.

разность потенциалов (В) = проделанная работа ( энергии переведен в Дж) заряд (C)

т.е. 1 вольт соответствует 1 джоулю на кулон или В = Дж/С

Чем больше падение p.d., тем больше энергия передается, потому что заряд начинается с большего потенциала энергия.

Поэтому блок питания с большим источником р.д. (В) может передать в цепь на энергии больше на единицу электрического заряда (т. Кулон, С).

Чем больше p.d., тем больше энергии при том же количестве может нести электрический заряд.

 

3б. Еще одно уравнение для расчета электрического передача энергии

количество переносимой энергии можно рассчитать по уравнению:

переданной энергии = заряд x потенциал разница.

E = QV , поэтому Q = E/V и В = E/Q,

(научитесь переставлять, это лучше, чем используя формулу треугольника)

Е = передаваемая энергия в джоулях ( Дж )

Вопрос = количество электрический заряд в кулонах ( C )

В = разность потенциалов ( В )

Отмечая, что: V = E/Q = энергия, передаваемая на единицу заряда (Дж/К)

Просто мимоходом и несколько напоминаний:

Чем больше энергии передается в заданном время, тем больше мощность устройства или электроприбора.

р.д. V расскажет, сколько энергии каждой единицы переноса электрического заряда,

т.о., V = E/Q , (ед. J/C), см. расчеты E = QV ниже).

Текущий I говорит вам, сколько заряд проходит данную точку цепи за единицу времени (кулонов в секунду, C/s ).

Это означает, что оба p.d. В и ток I влияет на скорость передачи энергии в электроприбор от накопителя электроэнергии к другим накопителям энергии.

И около математических связей на основе раздела 2. Q = It и здесь в разделе 3 Э = QV

Из Q = It и E = QV, заменив дает Э = ИтВ,

так (я) E = IVt (I в A, t в с, В в вольтах)

Перестановка E = IVt дает IV = Э/т

Это соединяется с уравнения для мощности

(ii) Мощность = энергия передано / затраченное время = Э/т (Дж/с), и

( iii ) Мощность = ток x напряжение = P (Вт) = I (A) x V (В), Р = IV

Из (ii) и (iii) E/t = IV, поэтому E = IVt , что является уравнением (i) !!!

 

3в. Расчет q вопрос на основе E = QV (иногда с участием других уравнений электричества)

Q1 Электродвигатель Модель автомобиля питается от аккумулятора 1,5 В.

Если заряд 120 Кл проходит через Схема двигателя в движущемся автомобиле,

(а) сколько энергии передается?

E = QV   =  120 х 1,5 = 180 Дж

(b) Опишите вероятный запас энергии изменяется при движении автомобиля.

Химическая потенциальная энергия запас батареи уменьшается и превращается в электрическую энергию.

Накопитель кинетической энергии автомобиль увеличивается с некоторой потерей тепла от трения и звуковой энергии передается в хранилище тепловой энергии окружающей среды.

 

Q2 Какое количество заряд необходим для передачи 500 Дж энергии, если п. д. схемы 24,0 В?

E = QV, Q = E/V   = 500/24 ​​= 20,8 С (3 сф)

 

Q3 Какой потенциал разница требуется в цепи для передачи 2000 Дж энергии с заряд 50 кулонов?

E = QV, V = E/Q = 2000/50 = 40 В

 

4 квартал Батарейка 12,0 В пропускает через лампу ток силой 2,0 А в течение 5 минут.

(а) Рассчитайте, сколько заряда прошло через лампу.

Q = It = 2 х 5 х 60 = 600 С

(b) Рассчитайте, сколько электроэнергии перенесло на лампу.

Двусторонняя:

(i) E = QV = 600 х 12 = 7200 Дж, самый простой, но его можно вычислить не зная Q от:

(ii) E = IVt = 2 x 12 x 5 x 60 = 7200 Дж

 

Q5 Прибор имеет мощность 1,5 кВт и работает от сети 230 В.

Если прибор используется в течение 15 минут, какой заряд прошел по цепи?

1,5 кВт ≡ 1500 Вт ≡ 1500 Дж/с

Суммарная переданная энергия = мощность x время = 1500 х 15 х 60 = 1 350 000 Дж

E = QV, поэтому Q = E / V = ​​1 350 000 / 230 = 5870 С (3 ст)

Ответ можно вычислить по другой маршрут

P = IV, I = P / V = ​​1500 / 230 = 6,522 А

Q = It = 6,522 х 15 х 60 = 5870 С (3 ст)

 

3д. Еще немного о разности потенциалов – влияние двух резисторов последовательно

Схема 41 показывает два резистора, подключенных последовательно.

Справа показано, что происходит с р.д. движение по часовой стрелке вокруг цепи (направление условного тока).

Потенциальный запас батареи повышается разность потенциалов заряда до 12 В.

При прохождении заряда через 1-й резистор R 1 , он теряет энергию и p.d. падает на 8 В до п. д. из 4 В.

При прохождении заряда через 2-й резистор R 1 , он снова теряет энергию и p.d. падает на 4 В до р.д. 0 В.

Пока существует полная цепь, процесс повторяется.

Поскольку E = QV, выделяется в два раза больше энергии резистором R 1 (p.d. 8 В), чем R 2 (p.d. 4 В) для такой же ток.


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


4. Электрическое сопротивление – эксперименты по исследовать ВАХ различных сопротивлений и достоверность, или в противном случае по закону Ома

4а. Что влияет на сопротивление провода? Сопротивление постоянный?

и s некоторые характеристические графики вольтамперных характеристик (графики ВАХ) объяснил

Сопротивление цепи зависит от несколько факторов:

(i) толщина сопротивления провод – для однокомпонентного резистора

(ii) длина сопротивления провод – для однокомпонентного резистора

(iii) если более одного сопротивления, они подключены последовательно или параллельно?

(iv) температура компонента который действует как сопротивление

Секция 4. описывает и объясняет несколько примеров графиков ВАХ, которые можно исследовать с помощью схемы 31 (справа)

На схеме 31 справа показано как вы можете исследовать изменение тока через сопротивление (или любая составляющая) при изменении разности потенциалов.

Графики разности потенциалов тока используются, чтобы показать, как ток, протекающий через компонент, зависит от разности потенциалов на нем.

Сопротивление некоторых резисторов/компонентов изменяется как ток и п.д. изменения напр. диодная или филаментная лампа.

Посмотрите, как и почему в разделах 4д. и 4е.


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


4б. Исследование электрического сопротивления провода – изменение длины или ширины

Схема 30 показывает, как исследовать сопротивление провода

.

Относительно тонкая проволока закреплена на каждый конец на измерительную линейку, отмеченную в миллиметрах, с помощью зажимов типа «крокодил».

Вам нужен амперметр для измерения ток в амперах и вольтметр для измерения p.d. по проводу в вольт.

Провод подключен в ряду с аккумуляторным блоком питания, выключателем и амперметром для измерения силы тока течет по проводу в амперах.

Вольтметр для измерения p.d. подключил параллельно через провод сопротивления.

Обратите внимание, что амперметр всегда серия с компонентом , но вольтметр всегда подключается параллельно по любому исследуемому компоненту.

Один конец провода подключен через вольтметр закреплен (слева), но на другом конце есть зажим типа «крокодил», который действует как подвижный точка контакта для размещения на различном расстоянии вдоль провода сопротивления от слева направо.

Замкните переключатель, чтобы замкнуть цепь и начинаем снимать показания.

Лучше всего открыть переключатель между показания, чтобы свести к минимуму риск нагрева провода.

Вы меняете расстояние d (мм) от влево (0 мм) до точки дальше вправо и взять серию пар p.d и текущих показаний, например. каждые 50 мм (можно работать в см, получится нет разницы!).

Используя закон Ома, вы вычисляете сопротивление в омах из уравнения Р = В / И

г. Ты Затем можно построить график зависимости сопротивления (Ом) от длины провода d (мм) – показано справа.

Вы должны обнаружить, что график является линейным с его x, y начало в 0,0.

Это означает, что сопротивление пропорциональна длине провода .

Если вы не зафиксируете провод точно в 0 мм, график по-прежнему должен быть линейным, но начало линии не будет быть 0,0.

Если повторить эксперимент с провода разного диаметра, вы должны обнаружить, что градиент становится ниже, толще провод.

При одинаковой длине провода сопротивление меньше толще провод – хорошая аналогия – легкость, с которой вода течет через труба тонкого или большего диаметра.


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


4в. Расследование ток – напряжение характеристики провода

Это эксперимент по закону Ома

Схема 31 показано, как исследовать, как I зависит от V для сопротивления

.

Целью расследования является поиск вышел…

… как течет ток через резистор зависит от разности потенциалов на нем?

Постоянный резистор представляет собой “компонент” в цепи и должна быть при постоянной температуре на протяжении всего эксперимента (см. температура последствия).

В этом случае простой проволочный резистор соединены последовательно с блоком питания и амперметром.

р.д. измеряется по фиксированной сопротивление с вольтметром,

Однако, также соединены последовательно, добавлен переменный резистор, чтобы можно было удобно изменить разность потенциалов и тем самым изменить ток протекающий через компонент.

Позволяет собрать целую серию пар показаний I и V, с помощью которых можно построить подходящие графики – в этом случай V против I, но часто делается как I против V.

Используя переменный резистор, вы постепенно увеличивайте разность потенциалов на компоненте, принимая соответствие текущим показаниям, например. увеличивается на 0,5 В за раз. Повторяйте каждый чтение дважды и использовать среднее значение.

Затем вы можете поменять местами клеммы аккумулятора. и повторить все показания.

Если построить p.d. по сравнению с током, график линейный , если он подчиняется закону Ома — тогда он называется омическим проводник ‘.

Это я изобразил на графике вверху справа, а градиент равен сопротивлению в Ом .

Это соответствует закону Ома . уравнение V = IR , поэтому градиент равен R .

Если график остается линейным, сопротивление остается постоянным.

Этот график не представляет показания, снятые после перепутывания клемм аккумулятора.

Тем не менее, показывает, как получить значение сопротивления графическим методом.

Это линейный граф и можно использовать фразу линейный компонент .

Для таких компонентов, как провод, который не нагрева, вы должны получить линейный график p.d. (V) по сравнению с I (A) с градиент R (Ом). (правый график).

Вы должны убедиться, что провод сильно не греется – если начинает греться сразу отключите резистор («выключите») и дайте ему остыть.

Если вы построите график зависимости I от V, градиент будет равен 1/R (обратное значение сопротивление), линейный график .

На этом графике показано, что вы получаете построение всех данных, включая показания I-V, снятые после реверсирования клеммы аккумулятора.

График (1) является построен на поперечной оси. Верхняя правая половина — это ваш первый набор результаты, вы затем поменять местами клеммы на блоке питания и повторить эксперимент, дающий нижнюю левую часть графика.

Обратите внимание, что вы получите только линейный график, если температура провода остается постоянной .

Когда ток (А) пропорционален к п.д (V) описывается как омическая жила (подчиняется закону Ома!).

С помощью схемы 31 можно проверить любой резистор или любой другой тип компонента схемы, и результаты обсуждаются ниже, начиная с краткого изложения факторов, влияющих на устойчивость.

Так, сопротивление омического проводника, т.е. цепь составляющая не меняется независимо от того, через что проходит ток – постоянная градиент 1/R для графика 1.

Графики зависимости тока от напряжения для различных сопротивлений проводов.

Это ожидаемые линейные графики для постоянный резистор, используя схему 31 выше.

Думая против часовой стрелки на диаграмме разные линии графика могут изображать уменьшающееся сопротивление например (i) провод сопротивления становится короче для того же диаметра, или (ii) увеличение диаметра при фиксированной длине проволоки.

При постоянной температуре ток, протекающий через омический проводник прямо пропорционален разности потенциалов на это – уравнение V = IR или I = V/R .

Тем не менее, это только верно, давая линейный график, если температура не сдача.

Комментарии о переменных в этом конкретный эксперимент по закону Ома

Ток всегда определяется сочетание п.д. (В) и сопротивление R (Ом).

Независимая переменная что мы меняем или контролируем в эксперименте – в этом случае можно считать его п.д. управляется переменным резистором.

Одно соглашение заключается в том, чтобы построить независимая переменная по оси абсцисс, а зависимая переменная по ось Y.

Этот означает сопротивление R, является обратной величиной градиента – немного больше неудобно вычислять сопротивление, чем по графику V-I, где градиент – это сопротивление. Закон Ома: I = В/Р.

Зависимая переменная — это то, что проверяем или измеряем в эксперименте, это ток I (A), который зависит от настройки переменного резистора, который, в свою очередь, контролирует разность потенциалов на резисторе.

управляющие переменные – это то, что мы сохраняем то же самое во время эксперимента, чтобы убедиться, что это честный тест например в этом случае провода и температура сохраняются постоянна, НЕ должна изменяться – не меняйте провод и не допускайте его нагреть.


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


4д. Исследование вольтамперных характеристик металла лампа накаливания

Когда электрический заряд проходит через большое сопротивление, как тонкая металлическая нить накала лампы, она передает часть электроэнергия к накопителю тепловой энергии нити. Электрический заряд делает работать против сопротивления .

Схема 45 показывает, как можно исследовать токо-разностные характеристики нить лампочка.

Вольтметр подключен параллельно с термистор, p. d. В измеряется в вольтах ( В ).

Переменный резистор позволяет варьировать р.д. и текущий поток.

Амперметр, соединенный последовательно, дает текущее значение I в амперах ( A ).

прохождение тока нагревает нить накала и поднимается в температура вызывает увеличение сопротивления . Итак, нить лампа представляет собой неомический проводник .

Этот «эффект нагрева» влияет на все резисторы.

По мере увеличения тока выделяется больше тепловой энергии и нить становится все горячее и горячее, поэтому дальнейшее повышение температуры еще больше увеличивает сопротивление.

Это уменьшает скорость, с которой ток увеличивается с увеличение разности потенциалов .

Поэтому градиент I-V кривая графика уменьшается и тем больше с увеличением температура – график 2. Это нелинейный график .

Если градиент меняется, то сопротивление меняется.

График (2) является построен на поперечной оси. Верхняя правая половина — это ваш первый набор результаты, вы затем поменять местами клеммы на блоке питания и повторить эксперимент, дающий нижнюю левую часть графика.

Фраза нелинейная можно использовать компонент .

Когда ток (А) равен , а НЕ пропорционально p.d (V) лампа накаливания описывается как неомическая жила (не подчиняется закону Ома!).

Вы получаете тот же график в форме IV для термистор.

Теория – со ссылкой на схему металлической конструкции

Кристаллическая решетка металла состоит из неподвижных ионов и свободно движущихся электроны между ними. С повышением температуры ионы металла колеблются сильнее. сильно, в которые сталкиваются электроны, и это препятствует прохождению электронов – уменьшая поток обвинение. По мере увеличения тока вибрации увеличиваются, вызывая больше электрической энергии, подлежащей преобразованию в тепло, – увеличение температура И сопротивление металлической нити, тем самым снижая ток еще больше.

Итак, i nувеличивается в температуре увеличивает сопротивление лампы накаливания (или большинства других резисторы) и снижает ток, протекающий для данного p.d.

Если резистор становится слишком горячим, ток почти не течет.

Есть одно важное исключение к этому «правилу», см. примечания к термистор, где сопротивление фактически падает с повышение температуры.

Лампа накаливания — лишь одна из многих примеры были энергия передается с пользой , НО есть всегда тепловая энергия теряется в хранилище тепловой энергии устройства и окрестности .

Нить часто изготавливается из металлический вольфрам, который плавится при >3400 o C и ярко светится при 2500 o C, но все равно очень медленно испаряется. инертный газ например, аргон или азот добавляют, чтобы уменьшить это испарение – любой испарившиеся атомы вольфрама попали в нереакционноспособный (и, следовательно, неокисляющий) Ar или № 2 молекул и, надеюсь, снова сконденсируются на нити.

См. Сохранение энергии, передача-преобразование энергии, эффективность – расчеты


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


4е. Исследование вольтамперной характеристики диода

ток через диод течет только в одну сторону – см. график 3.

Сопротивление в обратном направлении очень высока – следовательно, это система «одностороннего движения».

Схема 43 показывает, как вы можете расследовать токовая – разностная характеристика диода.

Вольтметр подключен параллельно с термистор, p. d. В измеряется в вольтах ( В ).

Переменный резистор позволяет варьировать р.д. и текущий поток.

Амперметр, соединенный последовательно, дает текущее значение I в амперах ( A ).

Диод имеет очень высокое сопротивление в обратное направление .

Существует также порог p.d. (например, 1,4 В) до того, как потечет какой-либо ток — внимательно посмотрите на график — есть короткий горизонтальный участок перед тем, как ток поднимется от нуля и в конечном итоге становится линейным.

Поэтому вы получаете верхнюю правую часть графика 3 по сравнению с графиками 1 и 2 выше.

Это потому, что когда вы делаете эксперимент с использованием схемы, описанной выше, на обратном соединений, вы не обнаружите токов при изменении p.d.

Это нелинейный график .

Если градиент меняется, то сопротивление меняется.

Когда ток (А) равен , а НЕ пропорционально p.d (V), диод описывается как неомическая жила (не подчиняется закону Ома!).

Фраза нелинейный компонент может быть использовано.

График (3) является построен на поперечной оси. Верхняя правая половина — это ваш первый набор результаты, вы затем поменять местами клеммы на блоке питания и повторить эксперимент, дающий нижнюю левую часть графика.

Так как ток течет только в одну сторону через диод, его можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный Текущий.


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс


Практическая работа по помощь в развитии ваших навыков и понимания может включать следующее:

с использованием ламп накаливания и резисторов для исследования разности потенциалов – Текущий характеристики,


ПРИЛОЖЕНИЕ 1: Важные определения, описания, формулы и ед.

 

Примечание: Вы можете/можете нет (но не волнуйтесь!), сталкивались со всеми этими терминами, это зависит о том, как далеко продвинулись ваши исследования. В вашем курсе вам может не понадобиться каждая формула – это вам предстоит выяснить.

В разность потенциалов ( п. д ., обычно именуемый «напряжение») — это движущий потенциал, который перемещает электрический заряд вокруг цепь – обычно электроны .

Разность потенциалов – это работа, выполненная в перемещение единицы заряда.

Указывает, сколько энергии передается на единицу заряда, когда заряд перемещается между двумя точками цепи например между клеммами аккумулятора.

р.д. на любой части цепи измеряется в вольтах, В .

я ток скорость потока электрического заряда в кулонов в секунду ( C/s ), измеренных в амперах (амперы, A ).

Количество электрического заряда, переданного в a дать время = ток в амперах x истекшее время в секундах

Формула соединения: Q = Это , I = Q/t, t = Q/I, Q = электрический заряд кулоны ( C ), время t ( с )

Р сопротивление в цепи, измеренное Ом ( Ом ).

Сопротивление замедляет поток электрического заряда – это противостоит потоку электрического заряда .

Формула соединения: В = ИК , I = V/R, R = V/I (это формула для Закон Ома)

Р является мощность , поставляемая цепью = уровень энергии передача ( Дж/с ) и измеряется в Вт ( Вт ).

Формула соединения: Р = IV , I = P/V, V = P/I   также П = И 2 Р (см. также P = E/t ниже)

Э = КВ , энергия, передаваемая количеством электрического заряда потенциалом разница в вольтах.

переданной энергии (джоулей) = количество электрического заряда (кулоны) x разность потенциалов (вольт)

г. = E/V, V = E/Q,   E = передача энергии в джоулях ( Дж ), Q = электрический заряд перемещен ( C ), V = p.d. ( В )

Е = Pt , P = E/t, t = E/P, где P = мощность ( Вт ), E = переданная энергия ( Дж) , t = затраченное время ( с )

Передаваемая энергия в джоулях = мощность в ваттах х время в секундах

Формула соединения: Так как E = Pt и P = IV, переданная энергия E = ИВт


ВЕРХ СТРАНИЦЫ и подиндекс


Что дальше?

Электричество и ревизия магнетизма индекс примечаний

1. Полезность электроэнергии, безопасность, передача энергии, расчет стоимости и мощности, P = IV = I 2 Р, E = Pt, E=IVt

2. Электрические цепи и как их рисовать, символы цепей, параллельные цепи, последовательные цепи объяснил

3. Закон Ома, экспериментальные исследования сопротивление, графики ВАХ, расчеты V = IR, Q = It, E = QV

4. Схемные устройства и как они используются? (например. термистор и LDR), соответствующие графики gcse физика, версия

5. Подробнее о последовательных и параллельных цепях см. принципиальные схемы, измерения и расчеты физика

6. Энергоснабжение «Национальной энергосистемы», экологические вопросы, использование трансформаторов аттестат зрелости примечания к пересмотру физики

7. Сравнение способов получения электроэнергии аттестат зрелости примечания к пересмотру физики (= энергия 6)

8. Статическое электричество и электрические поля, применение и опасности статического электричества gcse примечания к пересмотру физики

9. Магнетизм – магнитные материалы – временные (наведенные) и постоянные магниты – использует gcse физика

10. Электромагнетизм, соленоидные катушки, использование электромагнитов gcse примечания к пересмотру физики

11. Двигательное действие электрического тока, электродвигатель, громкоговоритель, правило левой руки Флеминга, F = BIL

12. Эффект генератора, приложения, например. генераторы генерация электричества и микрофон аттестат зрелости физика

ИЛИ используйте [ОЧКИ ПОИСК]

Версия IGCSE примечания Закон Ома исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты KS4 физика Научные примечания по Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты GCSE руководство по физике примечания к закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты для школ, колледжей, академий, курсов естественных наук, репетиторов, изображений диаграммы рисунков для исследования сопротивления по закону Ома V = IR Q = Он вычисляет примечания к научному пересмотру Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты для повторения модулей по физике примечания к темам по физике для помощи в понимании Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты университетские курсы по физике карьера в научной физике работа в машиностроении технический лаборант ученичество инженер стажировки по физике США 8 класс США 9 класс10 класс AQA GCSE 9-1 примечания к пересмотру закона Ома по физике исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты GCSE примечания к закону Ома исследования сопротивления V = IR Q = It расчеты Edexcel GCSE 9-1 физика естествознание примечания к пересмотру Исследование сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты по ОКР GCSE 9-1 21 век физика научные заметки об исследованиях сопротивления по закону Ома V = IR Q = It расчеты OCR GCSE 9-1 Шлюз физика наука примечания к пересмотру исследований сопротивления по закону Ома V = IR Q = Это расчеты WJEC gcse science CCEA/CEA gcse science повторение конспектов по физике для 14-16 школьных классов AQA Edexcel OCR IGCSE/GCSE 9-1 Модули тем курса естественных наук для изучение электрических расчетов, как решать задачи с помощью формула Q = It E = QV, как делать расчеты на основе Ома закон V = IR, как исследовать эксперименты по факторам воздействие на электрическое сопротивление провода, волочение и объяснение тока по сравнению с p. d. графики напряжения, график ВАХ характеристики диода, что такое омический проводник, ВАХ график для лампы накаливания, влияние изменения температуры на сопротивление провода, цепи, не подчиняющиеся закону Ома, исследование схемы и расчеты V= IR для расчета сопротивление от показаний тока и напряжения, движения и единиц измерения электрического заряда, кулон, единица электрического заряда, расчет переноса заряда по формуле Q = It, Potential разность и формула передачи электрической энергии E = QV расчеты, исследование факторов, влияющих на сопротивление проволоки при постоянной температуре путем изменения длины или ширины, ток – напряжение поведение провода – измерение графика и объяснение поведения тока и напряжения металлической нити накала график лампы, исследование зависимости тока от напряжения диод – объяснение графика

Контент сайта Dr.

Оставить комментарий