Что такое напряжение, ток, сопротивление: разбираемся на примерах
Содержание
Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.
И так будем разбираться во всем по порядку.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19 Кл (Кулон).
Обозначается е или е–.
Напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).
Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).
Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.
Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!
Единица измерения силы тока – Ампер (А).
В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10
Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.
Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление
Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.
Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток
Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока.
Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.
На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.
Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой
И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик).
Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.
Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.
Влияние температуры проводника на его сопротивление
Промышленность
Образование
Наука
Типовые примеры
Отзывы
Пользователи
Главная >> Применение >> Типовые примеры >>
тепловая зависимость сопротивления кабеля, зависимость сопротивления от температуры
К алюминиевому проводнику приложено напряжение и течет ток.
Тип задачи:
Осесимметричная мультифизичная задача электрического поля постоянных токов, стационарной теплопередачи и механики.
Геометрия:
Дано
Площадь поверхности проводника Sбок= 35 мм²;
Коэффициент конвекции α= 30 Вт/К·м.
Решение
К проводнику приложено напряжение. Сопротивление проводника, исходя из полученной силы тока может быть найдено из закона Ома:
R = ΔU·I ,
где ΔU – потеря напряжения в проводнике,
I – сила тока.
При протекании тока в проводнике в нём выделяется тепло, пропорциональное его сопротивлению. В результате этого проводник греется.
Изменяется омическое сопротивление проводника.
ρ = ρ0 · (1 + α·ΔT),
где ρ0 – удельное сопротивление проводника при 20 °С,
ΔT – перегрев проводника.
Также изменяются линейные размеры проводника в следствии тепловой деформации. Оба этих фактора приводят к изменению сопротивления проводника и к изменению величины протекающего тока. Таким образом, решение задачи носит итерационный характер:
- Задать номинальные размеры и проводимость проводника.
- Приложить напряжение и посчитать ток, тепловыделение (решить задачу эл. поля постоянных токов).
- Определить температуру проводника (решить задачу теплопередачи).
- Определить изменение электропроводности (по формуле).
- Определить изменение линейных размеров (решить задачу упругих деформаций).
- Скорректировать размеры проводника и его проводимость, вернуться к п.
2.
2.
Результаты расчета:
| Итерация | I, A | R, мОм | Температура проводника T, °C | ΔR, % |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 163.4 | 6.73 | 48.6 | - |
| 1 | 135.2 | 8.14 | 43.5 | 17% |
| 2 | 137.7 | 7.99 | 44.1 | 1.8% |
| 3 | 137.4 | 8.00 | 44.2 | 0.2% |
Распределение электрического потенциала в проводнике
Температура проводника
Тепловые деформации
- Скачать файлы задачи
Ом | DigiKey Electronics
Сопутствующие инструменты
Объяснение закона Ома
Закон Ома гласит, что разность напряжений между двумя точками, электрический ток, протекающий между ними, и сопротивление на пути тока пропорциональны и связаны друг с другом.
Закон Ома объясняет взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением, утверждая, что ток в проводнике между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками.
Это может быть выражено математически в следующих уравнениях через V разность напряжений, I ток в амперах и R сопротивление в омах.
На практике это означает, что ток, проходящий через двухконтактное устройство, такое как резистор с фиксированным значением сопротивления, напрямую связан с разностью напряжений, приложенных к клеммам.
Закон гласит, что . Это означает, что для данного постоянного напряжения более высокое сопротивление влечет за собой более низкий ток. Верно и обратное: при том же заданном постоянном напряжении более низкое сопротивление будет означать более высокий ток.
Примеры
Напряжение V в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на сопротивление R в омах (Ом):
Итак, для цепи с сопротивлением 5 Ом (Ом) которому для работы требуется ток 3 ампера (А), требуемое напряжение составит 15 В.
Мощность, рассеиваемую цепью, также можно определить, используя значения закона Ома. Например, мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (А):
Для цепи с 20 вольтами (В) и током 2 ампера ( А) общая мощность 40 Вт (Вт).
Напряжение (В) Текущий (я) Сопротивление (R) резистивный СхемаСвязанный контент
Как читать схему
В этом видео представлены основы чтения и понимания принципиальных схем. Умение читать схемы помогает в сборке или поиске и устранении неисправностей цепей.
Узнать Подробнее
Выберите резистор для светодиода
Светоизлучающие диоды (СИД) — неизбежная ступенька при погружении в электронику.
Независимо от того, используете ли вы их для индикации, связи, освещения или просто для придания изюминки проекту, все светодиоды имеют один
общее: они не в состоянии регулировать ток.
Узнать больше
Резисторы 101
В этом Резисторы 101 представлен обзор типов резисторов и общей терминологии, прежде чем перейти к обзору резисторной продукции и различных технологий.
Узнать Подробнее
Связанные инструменты
Какая математическая формула для напряжения?
При прописании это означает напряжение = ток x сопротивление, или вольты = амперы x омы, или В = A x Ом .
Запрос на удаление |
См. полный ответ на fluke.com
Что такое напряжение с математической точки зрения?
Вольт можно выразить как разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи, которая передает один джоуль (Дж) энергии на кулон (Кл) заряда, проходящего через цепь.
V = изменение потенциальной энергии/заряда = ΔU/Q.
|
Посмотреть полный ответ на byjus.com
Какова формула для тока и напряжения?
Ток необходим, поэтому требуемая формула: ток = напряжение, деленное на сопротивление, или I = V/R.
Запрос на удаление |
Полный ответ см. на сайте primaryconnections.org.au
Каковы 3 формулы закона Ома?
Закон Ома представляет собой математическую зависимость между напряжением (V), сопротивлением (R) и током (I) внутри электрического компонента. Формула закона Ома: V = I * R, которую можно записать в любом формате, переставив переменные с помощью элементарной алгебры.
Запрос на удаление |
Полный ответ см. на сайте Study.com
Как рассчитать напряжение по току?
Часто задаваемые вопросы о формуле тока
Если известны напряжение (В) и сопротивление (R) любой цепи, мы можем использовать формулу тока для расчета тока, т.
е. I = V/R (амперы).
|
Посмотреть полный ответ на cuemath.com
Большое заблуждение об электричестве
Какова формула выходного напряжения?
Выходное напряжение равно входному напряжению, масштабированному отношением резисторов: нижний резистор, деленный на сумму резисторов.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на khanacademy.org
Что такое математический закон Ома?
Закон Ома может быть выражен математически как V/I = R. То, что сопротивление или отношение напряжения к току для всей или части электрической цепи при фиксированной температуре обычно постоянно, было установлено к 1827 г.
в результате исследования немецкого физика Георга Симона Ома.
|
Посмотреть полный ответ на britannica.com
Какова формула напряжения в законе Ома?
Уравнение закона Ома: V = IR, где V — напряжение на проводнике, I — ток, протекающий через проводник, а R — сопротивление, оказываемое проводником потоку тока.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на byjus.com
Что за математический закон Ома?
Закон Ома — один из самых фундаментальных законов теории электричества. Формула или уравнение закона Ома связывает напряжение и ток со свойствами проводника, то есть его сопротивлением в цепи. Закон Ома — один из самых фундаментальных и важных законов, управляющих электрическими и электронными цепями.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на electronics-notes.
com
Чему равно напряжение?
Один Вольт равен 1 Джоуль/Кулон. Существует множество различных определений Вольта, но наиболее распространенным является значение 1 Джоуль/Кулон. Вольт — это единица электродвижущей силы, которая измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками. Оно также известно как напряжение, измеряемое в вольтах (В).
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на unacademy.com
Какая математическая формула для тока?
Электрический ток можно рассчитать по формуле электрического тока: I=V/R. Это уравнение также известно как «уравнение тока», и оно получено из закона Ома.
Запрос на удаление |
Полный ответ см. на сайте Study.com
Что такое напряжение и сила тока?
Напряжение, также называемое электродвижущей силой, представляет собой просто энергию на единицу заряда.
Другими словами, напряжение – это разность электрических потенциалов между двумя точками. Ток — это просто скорость протекания электрического заряда.
|
Посмотреть полный ответ на byjus.com
Что такое закон Ома для чайников?
Закон Ома: V = IR, где V = напряжение, I = ток и R = сопротивление. Закон Ома позволяет определить характеристики цепи, например, какой ток протекает через нее, если известно напряжение батареи в цепи и сопротивление в цепи. Создано Салом Ханом.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на khanacademy.org
Что означает напряжение?
Напряжение, измеряемое в вольтах, обозначается буквами «Е» или «В». Ток измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на people.cs.pitt.
edu
Какова формула для расчета сопротивления?
Закон Ома (E = IR) — это формула, используемая для расчета соотношения между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Полный форум таков: E = I x R, где E = вольты, I = ток (в амперах) и R = сопротивление.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на rhopointcomponents.com
Какова единица измерения напряжения?
Вольт (обозначение: В) — это единица измерения электрического потенциала, разности электрических потенциалов (напряжения) и электродвижущей силы в Международной системе единиц (СИ). Он назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827).
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на en.wikipedia.org
Как вы выражаете закон Ома с помощью математической формулы?
Электрическая мощность проводника определяется выражением P = Q V t = I V = I 2 R = V 2 R .
Здесь E — рассеиваемая электрическая энергия, Q — электрический заряд, V — разность потенциалов, t — время, R — сопротивление проводника, I — протекающий ток, P — электрическая мощность.
|
Посмотреть полный ответ на embibe.com
Что такое закон Ома словами и формулой?
Закон Ома гласит, что напряжение или разность потенциалов между двумя точками прямо пропорциональны току или электричеству, проходящему через сопротивление, и прямо пропорциональны сопротивлению цепи. Формула закона Ома: V=IR.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на toppr.com
Является ли закон Ома алгеброй?
Теперь, прежде чем мы дойдем до этого момента, в большинстве книг будет представлен закон Ома, согласно которому V равно IR. Теперь это простое алгебраическое уравнение. Вы можете решить для I, если хотите рассчитать ток.
|
Посмотреть полный ответ на mathtutordvd.com
Какова формула для входного и выходного напряжения?
Чтобы найти формулу усиления напряжения, мы берем отношение выхода к входу; выходное напряжение делится на входное напряжение. Тогда формула усиления по напряжению будет следующей: Av=VoutputVinput A v = V o u t p u t V i n p u t . Поскольку формула делит две величины с одной и той же единицей измерения, полученный ответ не имеет единиц измерения.
Запрос на удаление |
Полный ответ см. на сайте Study.com
Как вручную измерить напряжение?
Как измерять переменное напряжение
- Поверните циферблат в положение ṽ. Некоторые цифровые мультиметры (DMM) также включают m ṽ . …
- Сначала вставьте черный провод в разъем COM.
- Затем вставьте красный провод в гнездо VΩ. …
- Подсоедините измерительные провода к цепи: сначала черный провод, затем красный. …
- Считайте результат измерения на дисплее.
… |
См. полный ответ на сайте fluke.com
Какие существуют два способа измерения напряжения?
Есть два метода измерения напряжения: относительно земли и дифференциальный.
Запрос на удаление |
Посмотреть полный ответ на ni.com
Как рассчитать напряжение по напряжению?
Если у нас уже есть сила тока и мы хотим узнать напряжение, мы также можем использовать закон Ома.
- В = I x R всего.
- В = 1,7 А x 7 Ом.
- В = 12 В.
|
Посмотреть полный ответ на swtc.edu
Что такое напряжение для чайников?
Напряжение — это давление источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять работу, например, освещать свет.