Формула напряжение на участке цепи – Закон Ома для участка цепи

Напряжение на участке цепи

Под
напряжением на некотором участке
электрической цепи понимают разность
потенциалов между крайними точками
этого участка.

На
рис. 1-13 изображен участок цепи, на котором
есть резистор сопротивлением
и нет ЭДС. Крайние точки этого участка
обозначены буквами a
и b.
Пусть ток течет от точки a
к точке b.

Рис.
1-13. Участок электрической цепи

На
участке без ЭДС ток течет от более
высокого потенциала к более низкому.
Следовательно, потенциал
точки
a
выше потенциала
точки b
на величину, равную произведению тока

на сопротивление :

.

В
соответствии с определением, напряжение
между точками a
и b

.
(1-8)

Другими
словами, напряжение на резисторе равно
произведению тока, протекающего по
резистору, на величину сопротивления
этого резистора.

В
электротехнике разность потенциалов
на концах резистора принято называть
либо «напряжением на резисторе», либо
«падением напряжения». В литературе
встречаются оба этих определения.

Рассмотрим
теперь вопрос о напряжении на участке
цепи, содержащем не только резистор, но
и источник ЭДС.

На
рис. 1-14 а
и б
показаны участки некоторых цепей, по
которым протекает ток ..
Найдем напряжение между точками a
и c
для этих участков.

а)
б)

Рис.
1-14. Участки электрической цепи

По
определению

.
(1-9)

Выразим
потенциал точки a
через потенциал точки c.
При перемещении от точки c
к точке b
(рис. 1-14,а)
идем встречно ЭДС ,
поэтому потенциал точки b
оказывается меньше, чем потенциал точки
c
на величину ЭДС ,
т.е.

.

(1-10)

На
рис. 1-14,б
при перемещении от точки c
к точке b
идем согласно ЭДС
и потому потенциал точки b
оказывается больше, чем потенциал точки
c
на величину ЭДС ,
т.е.

.

(1-11)

Ранее
говорилось, что на участке цепи без ЭДС
ток течет от более высокого потенциала
к более низкому. Поэтому в обеих схемах
рис. 1-14 потенциал точки a
выше, чем потенциал точки b
на величину падения напряжения на
резисторе сопротивлением :


. (1-12)

Таким
образом, для рис. 1-14,а
имеем

,
или

.
(1-13)

И
для рис. 1-14, б
имеем

,
или

.
(1-14)

Положительное
направление напряжения указывают на
схемах стрелкой. Стрелка должна быть
направлена от первой буквы индекса ко
второй. Так, положительное направление
напряжения
изобразится
стрелкой, направленной от a
к c.

Из
самого определения напряжения следует
также, что .
Поэтому .
Другими словами, изменение чередования
индексов равносильно изменению знака
этого напряжения. Из изложенного ясно,
что напряжение может быть и положительной,
и отрицательной величиной.

    1. Закон ома для участка цепи, не содержащего эдс

Закон
Ома устанавливает связь между током и
напряжением на некотором участке цепи.
Так, применительно к участку цепи,
изображенному на рис. 1-13 имеем


или

.
(1-15)

studfiles.net

Напряжение на участке цепи.

Под
напряжением на некотором участке
электрической цепи понимают разность
потенциалов между крайними точками
этого участка.

На
рис. 13 изображен участок цепи, на котором
есть резистор сопротивлением
и нет ЭДС. Крайние точки этого участка
обозначены буквами a
и b.
Пусть ток течет от точки a
к точке b.

Рис.
13. Участок электрической цепи

На
участке без ЭДС ток течет от более
высокого потенциала к более низкому.
Следовательно, потенциал
точки
a
выше потенциала
точки b
на величину, равную произведению тока

на сопротивление :

.

В
соответствии с определением, напряжение
между точками a
и b

.
(8)

Другими
словами, напряжение на резисторе равно
произведению тока, протекающего по
резистору, на величину сопротивления
этого резистора.

В
электротехнике разность потенциалов
на концах резистора принято называть
либо «напряжением на резисторе», либо
«падением напряжения». В литературе
встречаются оба этих определения.

Рассмотрим
теперь вопрос о напряжении на участке
цепи, содержащем не только резистор, но
и источник ЭДС.

На
рис. 14 а
и б
показаны участки некоторых цепей, по
которым протекает ток ..
Найдем напряжение между точками a
и c
для этих участков.

а)
б)

Рис.
14. Участки электрической цепи

По
определению

.
(9)

Выразим
потенциал точки a
через потенциал точки c.
При перемещении от точки c
к точке b
(рис. 14,а)
идем встречно ЭДС ,
поэтому потенциал точки b
оказывается меньше, чем потенциал точки
c
на величину ЭДС ,
т.е.

.

(10)

На
рис. 14,б
при перемещении от точки c
к точке b
идем согласно ЭДС
и потому потенциал точки b
оказывается больше, чем потенциал точки
c
на величину ЭДС ,
т.е.

.

(11)

Ранее
говорилось, что на участке цепи без ЭДС
ток течет от более высокого потенциала
к более низкому. Поэтому в обеих схемах
рис. 14 потенциал точки a
выше, чем потенциал точки b
на величину падения напряжения на
резисторе сопротивлением :


. (12)

Таким
образом, для рис. 14,а
имеем

,
или

.
(13)

И
для рис. 14, б
имеем

,
или

.

(14)

Положительное
направление напряжения указывают на
схемах стрелкой. Стрелка должна быть
направлена от первой буквы индекса ко
второй. Так, положительное направление
напряжения
изобразится
стрелкой, направленной от a
к c.

Из
самого определения напряжения следует
также, что .
Поэтому .
Другими словами, изменение чередования
индексов равносильно изменению знака
этого напряжения. Из изложенного ясно,
что напряжение может быть и положительной,
и отрицательной величиной.

  1. Закон Ома для участка цепи, не содержащего эдс.

Закон
Ома устанавливает связь между током и
напряжением на некотором участке цепи.
Так, применительно к участку цепи,
изображенному на рис. 13 имеем


или

.
(15)

  1. Закон Ома для участка цепи, содержащего эдс.

Закон
Ома для участка цепи, содержащего ЭДС,
позволяет найти ток этого участка по
известной разности потенциалов на
концах этого участка и имеющейся на
этом участке ЭДС .
Так из уравнения (13) имеем для схемы рис.
14, а

.
(16)

Аналогично
из уравнения (14) для схемы рис. 14, б
следует

.
(17)

Уравнения
(16) и (17) выражают собой закон Ома для
участка цепи, содержащего ЭДС, для разных
случаев включения ЭДС .

studfiles.net

Электрическое сопротивление участка цепи

Электрическое сопротивление для участка цепи определяется при помощи закона Ома. Для того, чтобы понять процессы, происходящие в элементах электрической цепи постоянного тока, необходимо дать общее определение закона Ома.

Закон Ома

Сила тока на участке цепи всегда прямо пропорциональна напряжению на данном участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Подобное определение будет верно также для растворов электролитов. Общий закон Ома характерен при описании однородного участка цепи, который не содержит источников тока.

При составлении формул вводятся дополнительные характеристики. Среди них коэффициент пропорциональности. Его записывают в виде $1=R$. Отсюда следует, что $I = \frac{U}{R}$.

$R$ – сопротивление проводника.

Сопротивление принято измерять в омах (Ом).

Закон Ома является главным законом в электротехнике. С помощью его:

  • изучаются и рассчитываются электрические цепи;
  • устанавливается логическое соотношение между сопротивлением и напряжением.

Определение 1

Вольтамперная характеристика – функциональная зависимость элемента участка цепи. Она является очень важной величиной электрических свойств элемента. Такую зависимость можно представить в виде $I = I(U)$.

Подобные характеристики в зависимости от ситуации могут приобретать различные формы и выражения. Наиболее простой вид вольтамперной характеристики выразил в формуле Георг Ом, в честь которого была названа единица сопротивления тока. Ученый подтвердил свою теорию многочисленными экспериментами, применяя опыты к металлическому проводнику.

Закон Ома необходимо понимать на теоретическом и практическом уровне, чтобы решать различные задачи. Если неправильно применять основные параметры закона, то результат приобретает неправильные черты, поэтому допускаются многочисленные ошибки.

Применение закона Ома для участка цепи

Каждый участок электрической цепи можно описать с помощью трех основных величин:

  • сопротивления;
  • напряжения;
  • тока.

Такое сочетание также называют «треугольником Ома», поскольку величины характеризуют все процессы электротехники.

Все производимые расчеты имеют смысл только в тех случаях, когда напряжение на участке цепи выражается в вольтах (В), сопротивление — в омах (Ом), а ток – в амперах (А). При использовании иных единиц измерений или их кратных значений необходимо осуществлять дополнительный ряд действий, чтобы искомый результат полностью соответствовал задачам и целям расчетов. Для этого кратные единицы используемых величин переводят в традиционные величины.

Кратные единицы измерений:

  • милливольты;
  • миллиамперы;
  • мегаомы.

При произведении расчетов в кратных единицах измерений величин напряжение всегда выражается в вольтах.

Для расчета сопротивления на участке цепи по закону Ома необходимо сначала определить ток на заданном участке цепи. Напряжение при этом делят на сопротивление конкретного участка цепи. Эти действия можно производить на любом участке без погрешности.

Для определения напряжения в цепи используют формулу $U = IR$.

Согласно указанной формуле, напряжение на обоих концах участка электрической цепи прямо пропорционально сопротивлению и току. Иными словами, если не стремиться все время изменять сопротивление на данном участке, то при увеличении тока применяется способ увеличения напряжения.

Значительному напряжению в цепи будет соответствовать больший ток. Эти правила действуют при постоянном сопротивлении. Для получении одинакового тока при различных сопротивлениях большее напряжение должно соответствовать большему сопротивлению.

Падение напряжения – это напряжение на определенном участке цепи. Это означает, что напряжение и падение напряжения – идентичные понятия, а слово «падение» никак не связано с потерей некоторого количества напряжения в цепи. Потерю напряжения следует различать от падения напряжения.

Расчет сопротивления

Сопротивление на участке цепи рассчитывается по классической формуле $R = \frac{U}{I}$. Для этого необходимо установить значения напряжения и тока. Сопротивление – отношение напряжения к току.

При многократном увеличении или уменьшении напряжения ток также изменяется в несколько раз в ту или иную сторону. Отношение напряжения к току, которое равно сопротивлению, всегда остается на неизменном уровне.

Сопротивление определенного проводника не зависит от напряжения и тока. Оно будет лежать в зависимости от материала проводника, его длины и площади сечения. Формула для расчета сопротивления на участке цепи очень похожа на формулу для определения тока, однако существует между ними принципиальное различие.

Оно состоит в том, что ток на конкретном участке цепи зависит от напряжения и сопротивления, поэтому изменяется таким же образом. Сопротивление на данном участке цепи – постоянная величина. Она не зависит от изменения значений тока и напряжения, однако равно отношению этих величин.

Вольтамперная характеристика

Закон Ома представляют в виде вольтамперной характеристики. Зависимость между двумя пропорциональными величинами выражается прямой линией на графике. Она проходит через начало координат. Подобную прямую пропорциональную зависимость величин также называют линейной зависимостью.

В графическом выражении закона Ома для участка цепи при отрицательных значениях напряжения и тока также рисуют прямую линию. Это означает, что ток в цепи проходит в разных направлениях одинаково. При большем сопротивлении меньшее значение имеет ток с таким же напряжением.

Вольтамперную характеристику составляют при помощи специальных приборов. Линейными называют такие приборы, у которых характеристика выражается прямой линией, и она проходит через начало координат.

Специалисты при составлении вольтамперной характеристики применяют также понятия линейные сопротивления и линейные цепи.

Определение 2

Нелинейными называют приборы, у которых сопротивление меняется при изменении тока или напряжения. Для таких случаев уже не действует закон Ома.

spravochnick.ru

Рассмотрим неоднородные участки электрических цепей и действующие в них законы

Наиболее применяемое в электротехнике соотношение между основными электрическими величинами – закон Ома, установленный немецким физиком Георгом Омом, эмпирическим способом, в 1826 г. С его помощью устанавливается связь между напряжением (электродвижущей силой), сопротивлением элементов этой цепи, силой проходящего тока.

Измерение тока и напряжения

Электрические параметры, которые описываются законом Ома:

  • Сила тока определяется количеством заряда, проходящего по проводнику за некоторое время, обозначается буквой I, единица измерения – ампер (А). Входит в основные единицы международной системы Си;
  • Электрическое напряжение, единица измерения – вольт, понятие ввёл тот же Георг Ом. Вольт может быть выражен через работу по перемещению заряда, выделяемую мощность при токе 1 ампер, имеет эталонные источники в виде высокостабильных гальванических элементов. Часто указывается как разность потенциалов, в некоторых случаях применяется понятие электродвижущая сила (ЭДС). Для обозначения могут использоваться буквы U, V;
  • R – сопротивление (электрическое), указывает на свойства проводника, оказывающие препятствия прохождению тока. Значительно зависит от материала проводника и температуры. Единица измерения – 1 ом, обозначение Ом или Ω.

Классическая формулировка закона Ома: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

I = U/R.

Это выражение справедливо для электрической цепи, которая не содержит дополнительной электродвижущей силы, обеспечивающей электрический ток, цепи, определяемой как однородная. В большинстве случаев применяется именно такая формула. На практике часто требуется вычислить значение тока, протекающего через некоторый элемент с известным сопротивлением, для этого достаточно измерить падение напряжения (разность потенциалов) на выводах этого устройства, например, резистора. При заданных любых двух значениях можно рассчитать неизвестное, так же, кроме величин, входящих в выражение, определяется электрическая мощность.

Важно! При расчётах используются величины только одной размерности – целые значения вольт, ампер, ом или соответствующие им кратные и дольные единицы.

I – сила тока, R – сопротивление, U – напряжение, P – мощность

Неоднородная цепь

Закон Ома для отдельного участка цепи не учитывает присутствие источника питания, его свойства не входят в вычисления. Для цепи, называемой неоднородной, содержащей ЭДС любого рода и её источник, в известную формулу следует добавить внутреннее сопротивление самого питающего устройства:

I = E/(R + r).

Здесь Е – ЭДС источника напряжения, r – его внутреннее сопротивление. Варианты наименований – закон Ома для неоднородного участка цепи, для полной или замкнутой цепи. Выражение мало отличается от приведённого выше – вместо напряжения присутствует ЭДС и сопротивление источника питания.

Следует отметить, что понятие внутреннего сопротивления имеет смысл исключительно для химических источников тока, в случае применения других устройств, таких как любого вида блоков питания без батарей, говорят о выходном сопротивлении и нагрузочной способности этого блока.

В практических применениях закон Ома для неоднородного участка цепи в таком виде применяется редко, в основном для измерения самого внутреннего сопротивления аккумулятора, других элементов питания.

Закон применим и для переменного напряжения, если сопротивлением является активная нагрузка. С его помощью определяются действующие (среднеквадратичные) параметры цепи. В случае индуктивной, ёмкостной или комплексной нагрузки и для разных частот сопротивление является реактивным, значительно отличающимся от измеренного обычным методом – омметром.

Закон Ома получен практическим путём, поэтому не может быть фундаментальным, но точно описывает взаимосвязь между наиболее часто используемыми электрическими величинами.

Видео

Оцените статью:

elquanta.ru

Напряжение на участке цепи формула

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика». Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием электротехника .

Напряжение на участке цепи формула

§ 7. Ома Закон Ома для цепи.

Согласно этому закону сила тока I в электрической цепи равна э.

д. с. Е источника, поде­ленной на сопротивление цепи R ц .

т. е. Полное сопротивление замкнутой (рис.

13) можно представить в виде суммы сопротивления внешней цепи R (например, какого-либо приемника энергии) и внут­реннего сопротивления Ro источника.

Глава 21

Глава 21. ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца Для решения задач ЕГЭ на постоянный ток надо знать определения тока, напряжения, сопротивления, Ома для участка и замкнутой цепи, закон Джоуля-Ленца, а также уметь находить эквивалентные сопротивления простейших электрически. Рассмотрим эти вопросы. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц.

Закон Ома Закон Ома — физический, определяющий зависимость между электрическими величинами — напряжением, сопротивлением и током для проводников. Впервые открыл и описал его в 1826 году немецкий физик Георг Ом, показавший (с помощью гальванометра) количественную связь между электродвижущей силой, электрическим током и свойствами проводника, как пропорциональную зависимость.

Постоянный электрический ток Электрическим называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны, а в жидкостях и газах – еще и заряженные ионы – атомы, лишенные одного или нескольких электронов (либо наоборот, имеющие лишние электроны). Для возникновения тока в проводнике, необходимо создать электрическое поле, которое поддерживается источниками тока.

Сила тока I равна отношению заряда q.

finpravsentr.ru

Напряжение на участке цепи формула

Закон Ома

Со школьного курса физики всем хорошо известна классическая трактовка Закона Ома: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению. Это значит, если к концам проводника сопротивлением R = 1 Ом приложено напряжение U = 1 Вольт, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1/1 = 1 Ампер. Отсюда следуют ещё два полезных соотношения: Если в проводнике, сопротивлением 1 Ом, протекает ток 1 Ампер, значит на концах проводника напряжение 1 Вольт (падение напряжения). Если на концах есть напряжение 1 Вольт и по нему протекает ток 1 Ампер, значит сопротивление проводника равно 1 Ом.

Вышеописанные формулы в таком виде могут быть применимы для переменного тока лишь в том случае, если цепь состоит только из активного сопротивления R .

Напряжение на участке цепи формула

Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов) сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению ( закон Ома ): Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах (Ом). Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки.

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения: Коэффициент пропорциональности ρ – удельное сопротивление – зависит только от вида металла. Общее сопротивление R последовательно соединенных проводников R 1 и R 2 равно сумме их сопротивлений: Рис. 4. Расчет сопротивления сложной цепи Для того, чтобы в замкнутой цепи постоянного тока поддерживалась непрерывная циркуляция зарядов (то есть протекал электрический ток) в этой цепи должны действовать силы неэлектростатического происхождения, так как работа электрического поля при перемещении зарядов по замкнутому пути равна нулю.

Закон Ома для участка цепи

Знание этого закона позволит нам беспрепятственно и безошибочно определять значения силы тока, напряжения (разности потенциалов) и сопротивления на участке цепи.

Кто такой Ом? Немного истории Закон Ома открыл всем известный немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году.

Вот так он выглядел.

Всю биографию Георга Ома я рассказывать Вам не буду. Про это Вы можете узнать на других ресурсах более подробно.

Скажу только самое главное. Его именем назван самый основной закон электротехники, который мы активно применяем в сложных расчетах при проектировании, на производстве и в быту.

В этом случае э. д. с.

Е источника в формуле (7) должна быть заменена разностью потенциалов между началом и концом рассматриваемого участка, т. е. напряжением U, а вместо сопротивления всей цепи в формулу должно быть подставлено сопротивление R данного участка.

В этом случае закон Ома формулируется следующим образом. Сила тока I на данном участке электрической цепи равна напряжению U, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка: Рис 14. Прохождение электрического тока по проводникам аналогично прохождению воды по трубам Прохождение электрического тока по проводникам полностью аналогично прохождению воды по трубам (рис.

14). Чем больше разность уровней воды при входе и выходе из трубы (напор) и чем больше поперечное сечение трубы, тем больше воды протекает сквозь трубу в единицу времени.

Глава 21

Чтобы в тек электрический ток, в проводнике должно быть электрическое поле, или, другими словами, потенциалы различных точек проводника должны быть разными.

Но при движении электрических зарядов по проводнику потенциалы различных точек проводника будут выравниваться (см. гл. 19). Поэтому для протекания тока в течение длительного времени на каких-то участках цепи необходимо обеспечить движение зарядов в направлении противоположном полю.

Такое движение может быть обеспечено только силами неэлектрической природы, которые в этом контексте принято называть сторонними.

В гальванических элементах («батарейках») сторонние силы возникают в результате электрохимических превращений на границах электродов и электролита.

club-autohelp.ru

Приложенное напряжение и падение напряжения на участке цепи.

Напряжения, действующие в электрических цепях, условно можно разделить на два типа:
приложенное к цепи напряжение;
падение напряжения на участках цепи или на всей цепи.
Приложенное напряжение это напряжение, подведенное к цепи (рис. 1.).

Рисунок 1. Приложенное напряжение и падение напряжения на участке цепи.

Источник напряжения подключен к цепи, поток электронов перемещается от минуса к плюсу источника напряжения. Если источник напряжения имеет значение напряжения 12 вольт (например, автомобильная аккумуляторная батарея), то приложенное напряжение будет иметь значение так же 12 вольт.
При движении потока электронов по цепи они встречает, как мы знаем, сопротивление. Таким образом, когда электроны проходят через нагрузку (или другие элементы цепи), то они теряют энергию. Та энергия, которую электроны отдали в нагрузку, называется падением напряжения на участке цепи . В основном эта энергия выделяется на нагрузке в виде тепла. Энергия, которая отдается в нагрузку, равна энергии сообщаемой электронам источником напряжения.
Если автомобильный аккумулятор напряжением 12 вольт подключить к автомобильной 12 вольтовой лампе, то приложенное к цепи напряжение будет равно 12 вольт, а падение напряжения на лампе так же будет 12 вольт (рис. 2.). Энергия в объеме 100% потребляется в цепи.

Рисунок 2. Пример приложенного напряжения в 12 В и падения напряжения на лампе.

Если к тому же 12-вольтовому автомобильному аккумулятору подключить две соединенные последовательно 6-вольтовые лампочки, то при том же приложенном напряжении в 12 В падение напряжение на лампочках будет по 6 вольт (рис. 3.). В этом случае все равно общее падение напряжение будет 12 вольт.

 

Рисунок 3.

В другом случае если взять две лампочки на разное напряжение, к примеру на 9 и 3 вольта, и включить их последовательно в цепь с источником напряжения 12 вольт, то соответственно на 9-ти вольтовой лампочке будет падать 9 вольт, а на 3-х вольтовой 3 вольта (рис. 4.). Как и всегда общее падение напряжения на лампочках равно 12 вольт.

Рисунок 4.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

www.sxemotehnika.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о