Падение напряжение на участке цепи: при нагрузке, порядок расчета и способы определения

Содержание

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!

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — это… Что такое ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ?

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

разность между напряжением у источника тока и напряжением на зажимах приемника, затрачиваемая на преодоление сопротивления проводника при прохождении по нему электр. тока. П. н. измеряется в вольтах. Согласно закону Ома П. н. (в вольтах) равняется произведению сопротивления проводника (в омах) на силу проходящего по нему тока (в амперах). В цепях переменного тока, в к-рых кроме активного сопротивления имеются индуктивное и емкостное сопротивления, имеют место активное, индуктивное и емкостное П.

н.

Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941.

ПАВОДОК
ПАДЕНИЕ СЛОЕВ

Смотреть что такое «ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ» в других словарях:

Падение напряжения — Падение напряжение на участке цепи с двумя резисторами. Падение напряжения постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника, по которому течёт электрический ток, обу … Википедия
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — разность потенциалов на участке электрической цепи, обтекаемой током. П. Н. равно произведению силы тока на сопротивление участка цепи. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
Падение напряжения — 92 Падение напряжения Напряжение на участке электрической цепи или ее элементе Источник: ГОСТ 19880 74: Электротехника.
Основные понятия. Термины и определения оригинал документа Смотри также родственные тер … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
падение напряжения — 1 падение напряжения [IEV number 151 15 08] EN voltage drop (1) tension drop (1) voltage between the terminals of a resistive element being part of an electric circuit due to the electric current through that element [IEV number 151 15 08] FR… … Справочник технического переводчика
падение напряжения — įtampos krytis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. voltage drop vok. Spannungsabfall, m; Spannungsfall, m rus. падение напряжения, n pranc. chute de tension, f … Fizikos terminų žodynas
падение напряжения — Разность между действующими значениями напряжения (как вектора), по концам элемента электрической системы … Политехнический терминологический толковый словарь
Падение напряжения — English: Voltage fall Напряжение на участке электрической цепи или ее элементе (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник … Строительный словарь
падение напряжения на интегральной микросхеме — падение напряжения Разность между входным и выходным напряжением интегральной микросхемы в заданном режиме. Обозначение Uпд [ГОСТ 19480 89] Тематики микросхемы Синонимы падение напряжения … Справочник технического переводчика
падение напряжения (в процентах) (в УЗИП) — ∆U=[(Uвход Uвых)/Uвход]х100, где Uвход, Uвых входное и выходное напряжения соответственно, измеренные одновременно при подключенной полной активной нагрузке. Данный параметр применяют исключительно для двух вводных УЗИП. [ГОСТ Р 51992 2011 (МЭК… … Справочник технического переводчика
падение напряжения в активном сопротивлении — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN resistance dropresistive drop … Справочник технического переводчика

Урок 8.

Делим ток и роняем напряжение

Сегодня мы поговорим о нескольких видах простейших электрических цепей и узнаем, как же можно уронить напряжение и разделить ток на несколько частей. Урок будет длиииииинный, но содержательный, с разбором задачи в конце. Начнем с давно забытого всеми урока за номером четыре, где велся разговор о законе Ома для полной цепи. Было указано, что сила тока в цепи зависит от суммы сопротивлений: внешнего (нагрузки) и внутреннего сопротивления источника. Однако, а почему это мы так вдруг решили, что от суммы, а не, например, от разности или корня квадратного? Бездоказательно, однако! Рассмотрим схему этой цепи, немного отступив от правил прошлого урока… «Ну вот, учили-учили, а теперь забываем применять?! – скажете вы.» Нет, эти правила действительно нужны и мы их будем применять, но только когда нам нужно нарисовать именно

принципиальную схему устройства, а сейчас мы будем рассматривать некую небольшую абстрактную схему и для наглядности и простоты некоторых (только некоторых!) правил не будем придерживаться.

Но для начала посмотрим, как изображается и обозначается на принципиальной электрической схеме давно уже известное нам сопротивление.

Как видите, это обычный прямоугольник, размерами 10мм*4мм.
Итак, наша схема будет состоять из двух сопротивлений и идеального источника, нарисуем ее.

Рисунок 8.1 – Источник питания с внутренним сопротивлением

На этой схеме внутреннее сопротивление источника GB1 обозначено как r, а сопротивление внешней цепи (нагрузка) – как R. Причем, считаем, что R>>r. Здесь мы и отступаем от норм ГОСТ, поскольку для простоты понимания опускаем цифровые обозначения сопротивлений и добавляем на схему некоторые точки A, B и C. Такое включение сопротивлений называют последовательным, так как включены они как бы друг за другом – конец сопротивления r подключен к началу сопротивления R (точка B) и между ними нет больше каких-либо элементов или отводов. Закон Ома для полной цепи говорит, что ток, в электрической цепи зависит от сопротивления этой цепи и одинаков для всех элементов, то есть ток, протекающий через r, равен току, протекающему через R.

Давайте рассмотрим этот момент с помощью метода доказательства «от противного». Предположим, что токи, протекающие через сопротивления различны. Ток через большее сопротивление R, исходя из закона Ома, должен быть меньше тока через r. В таком случае в точке B начал бы накапливаться заряд, поскольку ток, выходящий из точки B меньше тока, входящего в нее, а ток есть ни что иное, как отношение перенесенного полем заряда на время. Накапливаемый в точке B заряд создает в этой точке потенциал, который в некоторый момент времени сравняется с потенциалом положительной клеммы аккумулятора (точка A). В этом случае ток в цепи прекращается, поскольку при разности потенциалов двух точек равной нулю потенциальные энергии зарядов в этих точках равны, и работа поля равна нулю. Это умозаключение, кстати говоря, приводит нас к одному интересному выводу:

между точками одинакового потенциала протекание электрического тока невозможно.

Однако, электроны, образующие не скомпенсированный заряд в точке B постепенно будут поглощаться ионами материала, что приведет к снижению потенциала и возобновлению тока, который восстановит потенциал и опять прервёт сам себя. Но это бы противоречило закону Ома, который говорит, что ток в цепи всегда постоянен, а здесь имеет место прерывистый ток, значение которого зависит от времени. Соответственно, такой ситуации быть не может, мы пришли к противоречию.

Если же мы представим, что r>>R, тогда ток через большее сопротивление r исходя из закона Ома должен быть меньше тока через R. В этом случае ток, втекающий в точку B будет меньше, чем ток, вытекающий из нее, что приведет к уменьшению числа свободных электронов в материале до нуля и ток опять прекратится. Со временем за счет дрейфа и превращения атомов материала в ионы свободные электроны вновь образуются, и ток возобновиться, но истощение заряда продолжится, и ток опять прекратит сам себя. То есть мы видим такую же ситуацию, как в первом случае.

Остаётся только одно разумное решение:

ток в последовательной цепи одинаков для каждого элемента этой цепи.

В этом случае поддерживается постоянный баланс потенциалов всех точек цепи. Это не говорит о том, что потенциалы одинаковы! Это значит, что потенциал каждой точки строго определён протекающим в ней током.
Теперь давайте разберемся, почему ток в цепи будет зависеть от суммы сопротивлений. Тут всё довольно просто. Последовательное соединение двух проводников приводит к увеличению длины эквивалентного проводника, а это в свою очередь – к росту сопротивления (формула из Урока 3). Отсюда запоминаем еще одно важное правило:

эквивалентное сопротивление участка цепи с последовательно включенными сопротивлениями равно сумме этих сопротивлений.

Наш вывод относительно протекания тока между точками одинакового потенциала приводит к тому, что точки A, B и C обладают различными потенциалами, раз ток в цепи существует. Причем потенциал точки C меньше потенциала точки B, а точки B меньше, чем точки A. Почему? А потому что уменьшение количества свободных электронов (за счет столкновения с узлами кристаллической решётки и прочих потерь в материале) происходит последовательно от «минуса» аккумулятора (он же является их источником!) через сопротивления R и r к «плюсу» аккумулятора (а он уже является источником положительных ионов). К тому же мы ведь считаем, что ток «течет» от «плюса» к «минусу», а электроны наоборот – от «минуса» к «плюсу», поэтому, исходя из формулы Урока 3 для потенциальной энергии заряда, видно, что наибольшим потенциалом обладает точка с наименьшим зарядом, – «плюс» аккумулятора.

А раз две точки имеют разный потенциал, то между ними есть напряжение, которое называют падением напряжения. Нетрудно догадаться, что падение напряжения на элементе пропорционально току, протекающему через него, так как величина тока регулирует количество заряда на концах элемента, т.е. разность потенциалов. По сути величина падения напряжения подчиняется закону Ома для участка цепи:

U_R=I_R∙R, где

I_R – ток, протекающий через сопротивление,
R – величина этого сопротивления.
Для нашей схемы на Рисунке 8.1 справедливы следующие соотношения:

U_AB=I∙r,
U_BC=I∙R,
U_AC=I∙(R+r)=ε_GB1

Из этих соотношений хорошо видно, что падение напряжения – часть эдс источника, доставшаяся участку цепи. Часто на схемах можно встретить такие обозначения падения напряжения:

Рисунок 8.2 – Обозначение падения напряжения

Стрелку направляют в сторону уменьшения потенциала. Разумеется, на принципиальных электрических схемах падение напряжения указывать не допускается.
Раз мы заговорили о последовательных цепях, наверное, существуют и параллельные? Да, действительно, такие соединения есть и выглядят они следующим образом:

Рисунок 8.3 – Параллельное соединение сопротивлений

Параллельным соединением называется такое соединение, при котором выходы элементов соединены в одних точках. На нашей схеме это точки A и B. Поскольку элементы имеют общие точки, разность потенциалов на этих элементах будет одинакова, как и падение напряжения. То есть, напряжение на параллельных ветвях электрической цепи одинаково.

Для удобства дальнейшего рассмотрения процессов в электрических цепях введем такие понятия как: узел, ветвь и контур. Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь, например, на Рисунке 8.3 отрезок AB есть ветвь. Узлом называют точку соединения трех и более ветвей (на Рисунке 8.3 обозначены жирными точками. На рисунке 8.1 точки A, B и C не являются узлами).

Контур – замкнутый цикл из ветвей. Термин замкнутый цикл означает, что, начав с некоторого узла цепи и однократно пройдя по нескольким ветвям и узлам, можно вернуться в исходный узел. Ветви и узлы, проходимые при таком обходе, принято называть принадлежащими данному контуру. При этом нужно иметь в виду, что ветвь и узел могут принадлежать одновременно нескольким контурам. Например, контуром можно назвать параллельное соединение сопротивлений R₁ и R₂ на Рисунке 8.3
Рассмотрим теперь, что происходит с токами ветвей I, I₁ и I₂:

Эти соотношения получаются из довольно простого логического заключения: если источник включен параллельно сопротивлению, то падение напряжения на сопротивлении не может быть отличным от эдс источника, ведь потенциалы концов сопротивления R₁ соответственно равны потенциалам концов сопротивления R₂. Причем не играет роли, какое количество параллельных ветвей будет подключено – на каждой из них напряжение будет одно и то же. Как же получить выражение для тока I? Начнем рассуждать с того, что мощность, отдаваемая источником должна быть равна мощности, потребляемой нагрузкой, ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Запишем выражения для мощностей, пренебрегая внутренним сопротивлением источника:
P_ист=I∙ε
P_нагр=P_R1+P_R2=I₁∙U_R1+I₂∙U_R2=I₁∙ε+I₂∙ε=(I₁+I₂)∙ε
Приравнивая правые части уравнений, получим:

(I₁+I₂ )∙ε=I∙ε

Таким образом, сокращая на ε:

I=I₁+I₂

То есть, в параллельных ветвях происходит деление тока. Если перенести слагаемые I₁ и I₂ в левую часть уравнения, получим, что алгебраическая сумма токов в каждом узле электрической цепи равна нулю.

Учитывается именно алгебраическая сумма (с учетом знака), потому что направление тока мы можем положить любым, ведь в сложной схеме можем заранее не знать, втекает ток в узел или вытекает из него (втекающий ток берётся со знаком «плюс», вытекающий – со знаком «минус»). То есть мы, например, могли бы перенести слагаемое I в правую часть и получили бы уравнение, в котором втекающие токи были бы со знаком «минус», а вытекающие со знаком «плюс», но ничего не мешает нам поделить обе части уравнения на -1. Это утверждение называется I правило Кирхгофа или правило токов Кирхгофа. Иногда его не совсем корректно называют законом Кирхгофа. Всё-таки это правило, потому что оно не является фундаментальным законом природы, а вытекает из других фундаментальных законов.

Кроме I правила Кирхгофа существует еще и II правило Кирхгофа:

алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме эдс ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.

Закон Ома является частным случаем II правила Кирхгофа для цепи из одного контура. Здесь выражение «алгебраическая сумма» значит, ровно то же, что и для I правила, только для напряжений.
Как использовать эти правила для расчета сложных электрических цепей мы рассмотрим на следующем уроке, который полностью будет посвящен практике.

Возвращаясь к схеме на рисунке 8.3 возникает логичный вопрос: как же нам рассчитать эквивалентное сопротивление параллельных ветвей? Ясно, что формула для последовательной цепи сюда не подойдет. Давайте заменим сопротивления R₁ и R₂ одним эквивалентным сопротивлением:

Рисунок 8.4 – Замена параллельных сопротивлений эквивалентным сопротивлением

Теперь ничто не мешает нам применить закон Ома, чтобы рассчитать R_экв:

При подобной замене мы будем пользоваться следующим вариантом записи:

Пришло время запоминать еще одно важное правило: величина, обратная общему сопротивлению параллельных ветвей, равна сумме величин, обратных сопротивлениям каждой ветви

Или, иначе: эквивалентная проводимость параллельных ветвей равна сумме проводимостей этих ветвей.

Немного тавтологии, пожалуй, не помешает…

Схема на рисунке 8.3 называется делитель тока и находит широкое применение. Более подробно применение делителя тока мы рассмотрим позже, а сейчас приведем такой пример, чтобы хоть немного убедить читателя в полезности этого схемного решения. Рассмотрим схему на рисунке 8.4. Допустим, эдс источника ε=5В, а сопротивление нагрузки R_экв=1Ом, тогда мощность, выделяемая в нагрузке равна:

Посмотрим, что произойдёт, если мы заменим эквивалентное сопротивление двумя одинаковыми параллельно включенными сопротивлениями (рисунок 8.3). Чтобы сохранить величину эквивалентного сопротивления равным 1Ом, рассчитаем величины сопротивлений R₁ и R₂:

то есть каждое из сопротивлений должно быть больше эквивалентного в 2 раза.
Рассчитаем мощность, выделяемую на каждом из этих сопротивлений:

Суммарная мощность нагрузки осталась прежней, однако, как нам уже известно, мощность выделяемая на сопротивлении, полностью переходит в тепло, следовательно, при одной и той же рассеиваемой мощности, во втором случае мы получим более комфортный температурный режим для нагрузки (температура каждого сопротивления будет ниже, чем температура эквивалентного сопротивления) за счет увеличения в 2 раза площади рассеивания (ведь мы используем два проводника вместо одного). Соответственно, трата дополнительных денег на приобретение двух проводников позволяет нам сэкономить на охлаждении. Часто бывают такие ситуации, что слишком большой перегрев элемента может приводить к выходу его из строя (даже такой простой вещи как кусок проводника). Кроме того, многие полупроводниковые приборы (диод, транзистор, тиристор) рассчитаны на определенный номинальный ток, и, чтобы увеличить предел номинального тока, такие приборы включают параллельно. Можно, конечно, взять прибор с большим номинальным током, но чаще всего стоимость таких прибор намного больше. Экономия, однако…

Давайте немного изменим эту схему, пренебрегая внутренним сопротивлением и добавив еще одно сопротивление во внешнюю цепь:

Рисунок 8.5 – Последовательное соединение сопротивлений

По сути, это та же схема последовательного соединения двух сопротивлений, только теперь оба эти сопротивления являются частью нагрузки. Из вышеприведенных соотношений видно, что напряжение на каждом сопротивлении определяется протекающим током и значением этого сопротивления. Используя закон Ома, выразим величину тока, протекающего через сопротивления:

тогда, подставляя значение тока в выражение для падения напряжения, получим:

Из полученных соотношений видно, что величина падения напряжения зависит от эдс источника и соотношения сопротивлений.

При R₁=R₂ падение напряжения на каждом сопротивлении составит ровно половину эдс источника. Таким образом мы поделили напряжение пополам и теперь можем использовать отвод в точке А в качестве «плюса» своеобразного источника питания, но с пониженным напряжением. Такая схема называется делителем напряжения. Ее полезно применять, когда имеется источник с большим напряжением, чем требуется. Сопротивление R₁ называется верхним плечом, а сопротивление R₂ – нижним. Однако, резистивный делитель напряжения обладает существенными недостатками: во-первых, потери мощности на плечах делителя снижают кпд устройства, поскольку просто переходят в тепло, а, во-вторых, сопротивление выходного плеча (с которого снимается часть эдс) должно быть согласовано с сопротивлением нагрузки, чтобы сохранять требуемое напряжение. Рассмотрим эти два момента на примере общего случая включения сопротивлений так называемого смешанного соединения.

Рисунок 8.6 – Смешанное соединение сопротивлений

Как мы видим, сопротивления R₂ и R_н включены параллельно, а их эквивалентное сопротивление включено последовательно с R₁. Теперь сформулируем условия задачи: на нагрузке мощностью
P_н=20 Вт необходимо получить напряжение U_н=5 В, если имеется аккумуляторная батарея номинальной эдс ε=12 В.
Для начала обозначим направления протекания токов в каждой ветви.

Рисунок 8.7 – Направления протекания токов

Рассчитаем параметры нагрузки по известной мощности и напряжению:

Однако, нам неизвестны токи I₁ и I₂, так же как и сопротивления R₁ и R₂. В таких случаях при разработке схемы необходимо самому задать необходимые недостающие условия, но так, чтобы задача имела решение. Например, мы могли бы задать R₁=10 Ом, но ведь ток I₁ не может быть менее 4А, а значит:
U_R1>I₁∙R₁=4А∙10Ом=40В,
что заведомо больше, чем напряжение на аккумуляторе. Чтобы не угадывать значения сопротивлений, давайте для уменьшения потерь на сопротивлении R₂ зададим ток I₂ равным 10% от тока нагрузки, ведь ничто не мешает нам так сделать.

I₂=0.1I_н=0.4 А

Напряжение U_н равно напряжению U_R2, так как эти сопротивления включены параллельно, значит, сопротивление R₂ из закона Ома равно:

Ток I₁ можно рассчитать двумя способами:

Исходя из I правила Кирхгофа для узла А:
I₁=I₂+I_н
Используя закон Ома.

Для начала давайте рассчитаем его, используя второй способ, а потом сравним результаты.
Поскольку нижним плечом делителя является эквивалентное сопротивление параллельно включенных сопротивлений R₁ и R_н, рассчитаем его:

Заметьте, что эквивалентное сопротивление всегда меньше меньшего сопротивления!
Ток I₁ соответствует току через последовательное соединение сопротивлений R₁ и R_экв. Его можно найти из закона Ома:

Теперь рассчитаем этот же ток, используя первый способ:

I₁=I₂+I_н=0.4А + 4А = 4.4А

Результаты совпали, значит, расчет выполнен верно.
Рассчитаем величину сопротивления R₁, пользуясь опять же законом Ома:

Итак, при помощи двух сопротивлений мы спроектировали (ого-го!) устройство понижения напряжения с 12 В до 5 В. Давайте оценим кпд этого устройства. Полезной мощностью у нас является мощность нагрузки P_н=20 Вт, а полной мощностью – мощность, отдаваемая аккумуляторной батареей, которая равна произведению потребляемого тока (I₁) на эдс батареи:

P_GB1=ε∙I₁=12В ∙ 4.4А = 52.8Вт

Тогда кпд равен:

Всего-то! Ужасно! Давайте подумаем, как можно увеличить этот показатель…
Но сначала разберемся откуда берутся такие большие потери мощности… А браться им, кроме как на нагрев сопротивлений R₁ и R₂ неоткуда. Давайте рассчитаем мощность потерь для каждого из них:

P_R1=I₁²∙R₁=(4.4 А)²∙1.136 Ом=30.8 Вт
P_R2=I₂²∙R₂=(0.4 А)²∙1.59 Ом=2 Вт

Сразу видно, что наибольшие потери рассеиваются на сопротивлении R_1. Величину тока мы значительно изменить не можем, так как она не может быть меньше величины тока нагрузки. Можно подкорректировать величину заданного нами тока I₂… Стоп. А зачем нам вообще это сопротивление? Ведь делитель может быть собран с помощью самой нагрузки в качестве нижнего плеча! Смело убираем R₂ из схемы.

Рисунок 8.8 – Модернизированная схема

Теперь нам не нужен этот «паразитный» ток I₂. Пересчитаем величину сопротивления R₁:

Потери мощности на нем:

P_R1=I_н²∙R₁=(4 А)²∙1. 75 Ом=28 Вт

И кпд:

Кпд вырос, но потери все равно огромные! Но больше мы сделать, к сожалению ничего не можем: такая схема попросту неэффективна… Мы впустую потратили больше энергии, чем получили полезной работы. Вот такой первый недостаток схемы делителя напряжения.

Теперь посмотрим, что будет, если мы изменим параметры нагрузки, например, вместо 20 Вт подключим 15 Вт. Изменится величина сопротивления нагрузки, ведь она определена номинальными значениями мощности и напряжения:

Посмотрим, что произойдет с напряжением на нижнем плече делителя, то есть на нагрузке:

В сумме напряжения на плечах делителя равны эдс источника, значит:

Тогда нагрузке достанется часть эдс, равная:

U_н=ε-U_R1=12 В-6.15 В=5.85 В

Получается, что мы превысили номинальное напряжение на ≈17%. И нельзя точно сказать, выдержит ли наша нагрузка такого превышения. А может она попросту выйдет из строя… Получается, что без изменения R₁ подключать нагрузку, отличную от расчетной, нельзя. Это и есть второй недостаток схемы делителя. В основном эта схема применяется там, где мощность потерь невелика, например, в цепях с силой тока единицы – десятки миллиампер.

Теперь кратко опишем важные моменты урока, а на этом я с вами прощаюсь, ждем следующего урока, в котором подробно разберем задачу на расчет сложной электрической цепи.

Между точками одинакового потенциала протекание электрического тока невозможно.
Ветвью называют любой двухполюсник, входящий в цепь.
Узлом называют точку соединения трех и более.
Контуром называют замкнутый цикл из ветвей.
При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла.
Ток в последовательной цепи одинаков для каждого элемента.
Эквивалентное сопротивление цепи равно сумме входящих в нее сопротивлений:
При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.
Напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. Эквивалентное сопротивление цепи может быть рассчитано по формуле:
I правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в каждом узле электрической цепи равна нулю.
II правило Кирхгофа: алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме эдс ветвей этого контура. Если в контуре нет источников ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю.

← Урок 7. Основы составления электрических схем | Содержание | →

Падение напряжения на участке цепи.

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. Различают падение напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Часть ЭДС, затрачиваемая на перенос зарядов по внутреннему участку цепи называется падением напряжения на внутреннем участке цепи, а Часть ЭДС, затрачиваемая на перенос зарядов на внешнем участке цепи – падение напряжения на внешнем участке цепи.

38. Закон Ома для полной цепи — сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

где I — сила тока E — электродвижущая сила R — внешнее сопротивление цепи (т.е. сопротивление той части цепи, которая находится за пределами источника ЭДС) r — внутреннее сопротивление источника ЭДС ЭДС — работа сторонних сил (т. е. сил неэлектрического происхождения) по перемещению заряда в цепи отнесенная к величине этого заряда. Единицы измерения: ЭДС — вольты Ток — амперы Сопротивления (R и r) – омы

39. КПД источника тока.

КПД всегда определяем как отношение полезной работы к затраченной:

Полезная работа – мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении Rв единицу времени. По закону Ома имеем: а тогда

40. Электрический ток в газах.

В газах существуют несамостоятельные и самостоятельные электрические разряды.

Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется плазмой.

41. Самостоятельный и несамостоятельный заряды.

Все образующиеся ионы достигают электродов; часть их воссоединяется с электронами, образуя нейтральные молекулы газа. По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки доля заряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается. Возрастает и сила тока в цепи. Наконец, наступает момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе за секунду, достигают за это время электродов. При этом дальнейшего роста силы тока не происходит (рис.16.32). Ток, как говорят, достигает насыщения. Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, так как других источников ионов нет. По этой причине такой разряд называют несамостоятельным разрядом.

Самостоятельный разряд. Что будет происходить с разрядом в газе, если продолжать увеличивать разность потенциалов на электродах? Казалось бы, сила тока и при дальнейшем увеличении разности потенциалов должна оставаться неизменной. Однако опыт показывает, что в газах при увеличении разности потенциалов между электродами, начиная с некоторого ее значения, сила тока снова возрастает (рис.16.33). Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы сверх тех, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число ионов, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Если убрать внешний ионизатор, то разряд не прекратится. Так как разряд в этом случае не нуждается для своего поддержания во внешнем ионизаторе, его называют самостоятельным разрядом.

42. Плазма разряда может быть изотермичной и неизотермичной. При изотермичной плазме температуры электронного и молекулярного газов раины и роль электрического поля состоит лишь в сообщении плазме, конечно, через электронный газ, энергии, достаточной для поддержания высокой температуры. В такой горячей изотермической плазме концентрации различных частиц определяются термодинамическим равновесием и могут быть подсчитаны, если известны соответствующие константы равновесия и температуры, по обычным формулам термодинамики. Механизм химических реакций внутри изотермической плазмы не отличается от механизма реакций, протекающих при высокой температуре, созданной в системе любым другим способом. В этом случае говорят о термической активации реакций в разряде, которая должна изучаться в общем плане теории термических реакций.

43. Электрический ток в газах. Закон Электролиза.

Закон электролиза. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Вода и кристаллы хлорида меди практически не проводят электрический ток. Раствор хлорида меди в воде является хорошим проводником. При прохождении электрического тока через водный раствор хлорида меди у положительного электрода, называемого анодом, выделяется газообразный хлор. На отрицательном электроде, называемом катодом, выделяется медь. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами, называется электролизом. Фарадей установил, что при прохождении электрического тока через электролит масса m вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду , прошедшему через электролит:

, (47.1)

или

, (47.2)

Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:

m = kq = kIt,

где k – электрохимический эквивалент вещества:

F = eN_A = 96485 Кл / моль. – постоянная Фарадея.

Второй закон Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты :

Объединенный закон Фарадея для электролиза:

44. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости в полупроводниках.

По значению удельного электрического сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между хорошими проводниками и диэлектриками. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений.

Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т.е. без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостьюполупроводников. Электроны забрасываются в зону проводимости с уровня Ферми, который оказывается в собственном полупроводнике расположенным посередине запрещенной зоны.

Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла. Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью.

45. Действие магнитного поля на проводник с током.

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в нем. Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.

Направление движения проводника зависит от направления тока в проводнике и от расположения полюсов магнита.

46. Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BIlsina (a — угол между направлением тока и индукцией магнитного поля ). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

F = I*B*l sina

Закон Ампера в векторной форме: dF = I [dl B]

Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.

47. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Кругообразное движение заряженных частиц в магнитном поле обладает важной особенностью: время полного обращения частицы по окружности (период движения) не зависит от энергии частицы. Действительно, период обращения равен

Подставляя сюда вместо r его выражение по формуле (3.6), имеем:

(3. 7)

Частота же оказывается равной

48. Сила Лоренца. Магнитные свойства вещества.

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Сила Лоренца определяется соотношением:

F_л = q·V·B·sin

где q — величина движущегося заряда; V — модуль его скорости; B — модуль вектора индукции магнитного поля;  — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

где F — сила в ньютонах, I — ток в амперах, l — длина в метрах. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл)

где m0 — т.н. магнитная постоянная, имеющая универсальное значение 4pЧ10-7 Гн/м.

Расчет напряжения, потери напряжения (страница 2)

1. В неразветвленной цепи (рис. 1.12) ЭДС , сопротивления . Определить напряжение между точками а и b.

Решение:
Задавшись положительным направлением тока по часовой стрелке, на основании закона Ома:

Так как результат оказался положительным, то истинное направление тока совпадает с выбранным. Напряжение между точками а и b можно найти по закону Ома, примененному к участку amb:

откуда .

Такой же результат можно получить, если применить ту же формулу к участку bna:

или , а следовательно, .
Замечание. Если на участке цепи, содержащем ЭДС и сопротивление, ток и ЭДС совпадают по направлению, то напряжение на зажимах участка меньше ЭДС на величину падения напряжения в сопротивлении участка, а если направление тока противоположно направлению ЭДС, то напряжение на зажимах участка больше ЭДС на величину падения напряжения в рассматриваемом участке.

2. Определить токи в ветвях цепи (рис. 1.15, а) и показание вольтметра, включенного между точками с и d, считая, что его сопротивление во много раз превышает сопротивление каждого из элементов цепи. Чему равно показание амперметра, включенного между точками c и d, сопротивление которого считать равным нулю? Дано:

Решение:
Расчет показания вольтметра. Из условия вытекает, что его включение не оказывает влияния на распределение токов в цепи. Для расчета токов сначала определяем эквивалентное сопротивление всей цепи (рис. 1.15, а):

В неразветвленной части цепи проходит ток:

Токи, проходящие через сопротивления , можно найти различными методами.

1. В параллельных ветвях токи распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям [см. формулу (0.1.19)]:

2. Найдем напряжение на зажимах параллельных ветвей:

Токи в ветвях с сопротивлениями равны

Напряжение на зажимах параллельных ветвей можно найти как разность между приложенным напряжением и падением напряжения на сопротивлении .
Найдем показание вольтметра, равное напряжению между точками с и d:

Вычислим ток, проходящий через амперметр; он равен току короткого замыкания (рис. 1.15,6). Для его нахождения вычислим токи

Искомый ток, проходящий через амперметр,

формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
- Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
- Формула: I=\frac{U}{R}
U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
- Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
- Формула: U=IR
R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
- Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
- Формула R=\frac{U}{I}

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

Формула I=\frac{\varepsilon}{R+r}

\varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
I — сила тока в цепи, А;
R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

U — электрическое напряжение;
I — сила тока;
P — электрическая мощность;
R — электрическое сопротивление

Смотри также:

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Обнаружение падения напряжения с использованием мультиметра

При наличии базовых технических знаний диагностику неисправностей электрической системы можно выполнить с помощью многофункционального цифрового мультиметра.
Иногда ошибок в диагностике можно избежать, имея всего лишь навыки правильного считывания показаний мультиметра. При измерениях напряжения показания мультиметра отображают разницу потенциалов в электрической цепи между красным и черным щупом.

Например, если красный щуп замкнуть на 12 В, а черный на 0 В — на табло мультиметра будет выведен показатель в 12 В, поскольку разница между 12 и 0 составляет 12. Однако если оба щупа замкнуть на 12 В, то разница напряжения будет отсутствовать, и на табло мультиметра будет выведен показатель в 0 вольт.
Перед выполнением любых испытаний электрической системы автомобиля необходимо обеспечить наличие контрольного напряжения. Это напряжение берется из аккумулятора автомобиля при подключении мультиметра к противоположным клеммам. Красный щуп замыкают на положительную клемму (+), а черный — на отрицательную (-).
Для правильного выполнения процедуры придерживайтесь приведенных ниже инструкций:

При выключенном мультиметре убедитесь, что щупы подключены к нужным разъемам мультиметра
Переключите мультиметр в режим «Вольты постоянного тока»
После этого замкните красный и черный щупы на клеммы аккумулятора

В приведенном примере, если измерение напряжения выполняется на противоположных клеммах аккумулятора (при выключенном двигателе), мультиметр покажет приблизительно 12,7 вольт. Это называется разницей потенциалов.
Если считывание выполняется с предохранителя (или любых двух участков цепи) — на исправной цепи мультиметр покажет 0 вольт, поскольку показатели на красном и черном щупе равны. После ознакомления с теоретическими аспектами, диагностика неисправностей становится более понятной.

В приведенном выше примере показано падение напряжения от положительной клеммы аккумулятора к положительной клемме стартера. Теперь опишем выполнение проверки кабель на предмет отсутствия разрывов. Для выполнения такого испытания мультиметр находился в режиме Вольты постоянного тока, щупы соединены с обоими концами испытуемого кабеля.
Проворачиваем маховик (положение ключа в замке зажигания — START) для подачи нагрузки на кабель стартера.
Предполагаемый результат считывания показаний не должен превышать приблизительно 0,5 вольт, что свидетельствует о работоспособности кабеля и его пригодности к эксплуатации.
Однако если результат считываний превышает рекомендованную величину, это может свидетельствовать о повреждении кабеля или о высоком сопротивлении в цепи.

Этот метод диагностики можно применить к любой электрической цепи.

Аналогичная техника измерения падения напряжения может применяться к любой электрической цепи автомобиля и является надежным методом определения таких типов неисправностей:
• Открытый контур (разрыв провода / сгоревший предохранитель)
• Высокое сопротивление (пораженная коррозией клемма / поврежденный провод)
• Неисправность потребителя

Информация предоставлена компанией Delphi.

— Падение напряжения на одном резисторе и на двух резисторах

Сначала я скажу, что вопрос ОП и все ответы здесь (включая последний, сделанный минуту назад) отличные, и я оцениваю их на +1 🙂 Я только дополню их еще несколькими экстравагантными, но «заставляющими задуматься» «соображения …

«Возникает вопрос, почему падение напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением меняется от первой цепи ко второй? Имеет ли это какое-либо отношение к току? Почему это происходит? Я пытаюсь найти интуитивное объяснение: почему это происходит.»

«Что мне действительно нужно, так это ответ на вопрос, почему падение напряжения во второй цепи на каждом резисторе составляет половину, даже если они имеют такое же сопротивление, как и в первой цепи».

Если вы действительно хотите, чтобы падение напряжения на резисторах с одинаковым сопротивлением было одинаковым, я могу предложить вам решение — всего заменить источники напряжения на источники тока . Это не просто шутка, а вполне реальная конфигурация схемы, которую мы можем наблюдать в некоторых хорошо известных электронных схемах (например,например, в так называемом «каскаде с общим эмиттером с вырождением эмиттера» или «фазоделителе»).

Но вернемся к схемам ОП с 1 и 2 резисторами, питаемыми от источников напряжения, и сделаем несколько интересных выводов.

Во-первых, нас может не интересовать ток, протекающий через резисторы, и их сопротивление. В обеих цепях напряжение не зависит ни от тока, ни от сопротивления. Во второй схеме падение напряжения на резисторе зависит только от отношения его сопротивления к общему сопротивлению.

Второй интересный вывод, который мы можем сделать в отношении потенциометра транзистора . Хотя это переменный резистор, когда мы поворачиваем его стеклоочиститель, мы фактически ничего не меняем — ни сопротивление … ни ток … ни напряжение. Мы просто измеряем (выбираем) напряжение в одной точке на его внутреннем резистивном слое … но все остальные точки имеют линейно убывающие напряжения.

Wikimedia Commons

Конечно, мы можем представить, что при вращении стеклоочистителя одно частичное сопротивление увеличивается, когда другое уменьшается, поэтому их сумма остается постоянной… и, как следствие, постоянный ток. Такие «электронные потенциометры» можно увидеть в каскадах КМОП, усилителях с обратной связью по току (CFA) и т. Д.

Потенциал
— Что такое «падение напряжения» на элементе схемы?
Если у вас простая схема с резисторами, напряжение на источнике уменьшается по всей цепи. Например, на положительной клемме аккумулятора может быть напряжение 9 В, а на отрицательной клемме можно принять потенциал земли 0 В.
Напряжение между этими выводами (то есть через цепь) уменьшается от положительного напряжения 9 В до потенциала земли 0 В.
Как уменьшается? Мы предполагаем, что у нас есть идеальные проводники в виде проводов, что означает, что они имеют одинаковый потенциал в каждой точке, то есть в начале и в конце провода напряжение одинаково. В этом случае единственные точки в цепи, где напряжение может снизиться, — это резисторы. Перед резистором более высокое напряжение, а за ним более низкое напряжение.Разница в падении напряжения. Он соответствует количеству мощности, рассеиваемой в резисторе, и пропорционален сопротивлению.
Вот схема простой схемы. Как видите, есть три последовательно включенных резистора и источник напряжения 9 В.
Ток величиной 0,5 мА протекает по цепи и проходит через все элементы схемы. Мы можем рассчитать этот ток, найдя эквивалентное сопротивление цепи. Для последовательного соединения трех резисторов мы просто складываем их сопротивления: $$ R = R_1 + R_2 + R_3 = 3 к \ Омега + 10 к \ Омега + 5 к \ Омега = 18 к \ Омега $$
Из $ U = R I $ мы можем найти ток, текущий через каждый элемент: $$ I = \ frac {U} {R} = \ frac {9 V} {18 k \ Omega} = 0.5 мА $$
Теперь мы можем узнать, сколько напряжения падает на каждом элементе. Это пропорционально его сопротивлению. Поскольку теперь мы знаем ток и сопротивление на каждом элементе, мы можем рассчитать падение напряжения.
Для напряжения, которое падает на $ R_1 $, мы пишем: $$ \ Delta U_1 = R_1 I = 3 k \ Omega \ cdot 0,5 мА = 1,5 В $$
Аналогично для других резисторов получаем 5 В $ для $ R_2 $ и $ 2,5 В $ для $ R_3 $.
На схеме выше мы можем видеть, как это изменяет уровни напряжения в каждой части схемы.Исходя из положительной клеммы источника напряжения, напряжение составляет 9 В. Оно сохраняется до тех пор, пока не достигнет первого резистора. На передней панели резисторов (по направлению тока, по часовой стрелке) напряжение составляет 9 В (красная часть), но напряжение за резистором ниже: теперь оно составляет всего 9 В — 1,5 В = 7,5 В $ ( желтая часть). Напряжение на резисторе упало. Если вы измеряете напряжение за резистором, вы должны измерить 7,5 В.
Аналогичным образом это работает для всех последующих резисторов: резистор 10 кОм упадет на 5 В, что означает, что перед ним у нас уровень 7.5 В (желтый), а за ним 7,5 В — 5 В = 2,5 В $ (зеленый). Наконец, последний резистор падает на 2,5 В, в результате чего напряжение на конце падает до 0 В (синий).
Уменьшает ли резистор напряжение или ток?
Резистор играет важную роль в мире электричества и электроники, и его можно найти в каждой цепи.
Это пассивный компонент, основная задача которого — обеспечение «сопротивления» в цепи, отсюда и название резистор.
Но снижает ли резистор напряжение или ток? Резистор имеет способность уменьшать напряжение и ток при использовании в цепи.Основная функция резистора — ограничивать ток. Закон Ома гласит, что увеличение номинала резистора приведет к уменьшению тока.
Для снижения напряжения резисторы устанавливаются в конфигурации, известной как «делитель напряжения». Кроме того, с каждым компонентом в цепи резистор понижает напряжение на его выводах.
Ниже я объясню закон Ома и то, как резистор снижает ток и напряжение.
Как резистор снижает ток
Основная функция резистора заключается в ограничении или противодействии протеканию тока в цепи путем обеспечения «сопротивления».
Лучшая аналогия — садовый шланг, по которому течет вода. Вода представляет собой течение.
Если вы случайно сжали садовый шланг, вы окажете «сопротивление» и ограничите поток воды. Чем больше вы его сжимаете, тем меньше воды может течь.
Вы сжимаете садовый шланг — это резистор, который делает то же самое в цепи.
Как устроен резистор, уменьшающий ток
Основной способ, которым резистор снижает ток, — это его физическая конструкция и материалы, используемые внутри.
Существует множество различных типов резисторов, каждый из которых сконструирован определенным образом. Ниже приведены некоторые распространенные типы резисторов:
Углерод — этот тип резистора известен как резистор из углеродного состава (CCR). Внутри этого резистора находится твердый цилиндрический резистивный элемент, который представляет собой смесь мелкодисперсного порошка углерода и изоляционного материала. Увеличение количества углерода снижает сопротивление, поскольку углерод является хорошим проводником.
Карбоновая куча — В этом типе резистора используются наборы дисков, которые сделаны из углерода для уменьшения / противодействия току.Эти диски уплотнены внутри корпуса резистора между двумя металлическими пластинами.
Углеродная пленка — Углеродная пленка помещается на изолирующий материал с вырезанной в ней спиралью для создания длинного узкого пути, уменьшающего ток. Варьируя форму и размер, можно получить ряд значений сопротивления.
Металлическая пленка — Многие сквозные резисторы изготавливаются из металлопленки. Они покрыты хромоникелем (NiCr).
Оксид металла — Эти типы резисторов изготовлены из оксидов металлов, что позволяет резистору выдерживать гораздо более высокие температуры.
Проволочная обмотка — Этот резистор снижает ток за счет использования металлической проволоки, намотанной на катушку. Используемый металл обычно представляет собой нихром, намотанный на сердечник из керамики, пластика или стекловолокна.
Закон Ома, который определяет, как резистор снижает ток.
Чтобы правильно понять взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением, нам нужно узнать о законе Ома.
Этот закон был разработан Георгом Симоном Омом в 1827 году.
Не вдаваясь в подробности, он обнаружил, что количество электрического заряда, проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению на нем, что можно резюмировать. уравнением, показанным ниже.
Если мы изменим формулу, мы получим сопротивление, которое равно делению напряжения на ток.
Теперь вы можете видеть, что зависимость между сопротивлением и током обратно пропорциональна.
Увеличение номинала резисторов приведет к уменьшению тока, тем самым уменьшив его, в то время как уменьшение сопротивления вызовет увеличение тока.
Как резистор может снизить напряжение?
Теперь, когда мы знаем, как резистор снижает ток, мы можем посмотреть, как он снижает напряжение.
Существует несколько распространенных способов уменьшения напряжения резистором, в том числе падение напряжения на его выводах и делитель напряжения.
В первую очередь резистор снижает напряжение:
Падение напряжения на его выводах
В области электроники падение напряжения происходит в каждом компоненте, имеющем сопротивление. Падение напряжения на компоненте регулируется законом Ома.
Например, представьте, что у нас есть простая схема, состоящая из напряжения питания и лампы.
Здесь Лампа имеет сопротивление 10 Ом (из-за того, что все в цепи имеет определенную форму сопротивления).
Поскольку нам известны значения напряжения и сопротивления, мы можем рассчитать ток, используя закон Ома (I = V / R), который дает нам ток 1,2 ампера.
Итак, ток 1,2 А будет течь через лампу и питать ее. Если мы возьмем ток (1,2 А) и умножим его на сопротивление лампы (10 Ом), снова используя закон Ома (V = IR), мы получим напряжение 12 вольт.
Следовательно, на лампе падение напряжения составляет 12 вольт.
Теперь мы знаем, как рассчитать падение напряжения, и можем взглянуть, как эта теория применяется к резистору для уменьшения напряжения.
Если мы заменим указанную выше лампу резистором с эквивалентным сопротивлением (10 Ом), мы все равно получим такое же значение падения напряжения на нем.
Теперь мы добавим второй резистор (R2 с сопротивлением 5 Ом) последовательно с резистором 10 Ом (R1).
Как и в случае с лампой, нам нужно найти значение тока, протекающего по цепи.
На этот раз полное сопротивление складывается из двух резисторов; R1 (10 Ом) + R2 (5 Ом), что дает нам общее сопротивление RT = 15 Ом.
Теперь, используя закон Ома (I = V / RT), мы получаем ток 0,8 ампер.
Это тот же ток, который проходит через оба резистора. Таким образом, мы можем рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, который дает нам;
R1 Падение напряжения = 0.8 x 10 = 8 вольт
R2 Падение напряжения = 0,8 X 5 = 4 вольт.
Используя закон Ома, мы можем определить, на сколько напряжение понижает резистор, понижая напряжение на нем, если нам известны напряжение питания и полное сопротивление.
Падение напряжения на определенном сопротивлении зависит от тока и величины сопротивления резистора.
Резистор второго типа снижает напряжение:
Делитель напряжения
Второй способ использования резистора для понижения напряжения — это использование делителя напряжения.В делителе напряжения используются два резистора в конфигурации, показанной ниже.
Выходное напряжение на Vout _{определяется Vin, а также значениями двух резисторов (R1 и R2). Приведенная ниже формула используется для расчета выходного напряжения.}
Так, например, если Vin составляет 5 вольт, R1 составляет 10 Ом, а R2 также составляет 10 Ом, если мы воспользуемся уравнением, мы получим выходное напряжение 2,5 вольта.
Самое замечательное в этой конфигурации то, что мы можем выбрать, какое напряжение мы хотим на Vout, изменив формулу выше, чтобы вычислить значение резистора R2, чтобы получить желаемое выходное напряжение.
Допустим, вам нужно напряжение 3 вольта на Vout.
Используя преобразованную формулу, мы можем вычислить значение резистора R2, чтобы получить 3 вольта. Используя те же значения для Vin и R1 и 3 вольта для Vout, мы получаем значение 15 Ом для R2.
Итак, вы видите, это отличный способ использовать резисторы для снижения напряжения до желаемого значения.
Зачем нужен резистор для уменьшения тока?
Мир электротехники и электроники наполнен множеством различных компонентов и устройств различной формы, размеров, функциональности и т. Д.
Еще одна вещь, которая меняется от одного компонента к другому, — это его рейтинги. Каждый компонент имеет максимальное номинальное напряжение и ток.
Никогда не превышайте эти значения, так как их превышение может привести к их повреждению.
Итак, резистор используется последовательно со многими компонентами, чтобы уменьшить ток и избежать их повреждения.
Примером может служить стандартный светоизлучающий диод (LED) с ограничением тока 20 мА. Если источник напряжения подключен непосредственно к светодиоду без использования токоограничивающего резистора, вы рискуете взорвать светодиод.
Токоограничивающий резистор необходимо подключить последовательно со светодиодом, чтобы снизить ток до уровня ниже 20 мА.
Зачем использовать резистор для понижения напряжения?
Возможность снижения напряжения с помощью такой конфигурации, как делитель напряжения, имеет множество применений и применений.
Некоторые общие применения понижения напряжения включают регулировку уровня смещения активных устройств в усилителях и измерение напряжений.
В мультиметре также используются делители напряжения.
В делителях напряжения используются резисторы фиксированного значения для регулировки выходного напряжения. Однако, если на резисторе R2 используется переменный резистор, выходное напряжение можно изменять, регулируя переменный резистор. Отличное приложение для этого — регулировка громкости в музыкальной системе.
Какие типы резисторов используются для уменьшения тока и напряжения?
Как вы видели ранее, существует много разных способов изготовления резистора.
Резисторы бывают разных значений сопротивления, размеров, форм и номинальной мощности.
Два распространенных типа резистора: сквозное отверстие и для поверхностного монтажа.
Выбор того, какой из них использовать, зависит от типа схемы, в которой вы будете их использовать.
Поскольку в электронике используются приложения с малой и большой мощностью, существуют резисторы, рассчитанные на разные номинальные мощности, чтобы можно было работать с ними. эти полномочия.
Цепи серии
— базовое электричество
Три закона для последовательных цепей
Существует три основных соотношения, касающихся сопротивления, тока и напряжения для всех последовательных цепей.Важно, чтобы вы усвоили три основных закона для последовательных цепей.
Сопротивление
Когда отдельные сопротивления соединяются последовательно, они действуют так же, как одно большое комбинированное сопротивление. Поскольку существует только один путь для протекания тока в последовательной цепи, и поскольку каждый из резисторов находится в линии, чтобы действовать как противодействие этому протеканию тока, общее сопротивление представляет собой комбинированное сопротивление всех резисторов, установленных в линию.
Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех отдельных сопротивлений в цепи .
Rt = R1 + R2 + R3…
Используя эту формулу, вы обнаружите, что полное сопротивление цепи равно:
RT = 15 Ом + 5 Ом + 20 Ом = 40 Ом
Рисунок 16. Последовательная схема

Текущая
Поскольку существует только один путь для электронного потока в последовательной цепи, ток имеет одинаковую величину в любой точке цепи.
Общий ток в последовательной цепи такой же, как ток через любое сопротивление цепи.
IT = I1 = I2 = I3…
Учитывая 120 В как общее напряжение и определив общее сопротивление цепи как 40 Ом, теперь вы можете применить закон Ома для определения полного тока в этой цепи:
IT = 120 В / 40 Ом = 3 А
Этот общий ток цепи останется неизменным для всех отдельных резисторов цепи.
Напряжение
Прежде чем ток пройдет через сопротивление, должна быть доступна разность потенциалов или напряжение. Когда резисторы соединены последовательно, они должны «делить» общее напряжение источника.
Общее напряжение в последовательной цепи равно сумме всех индивидуальных падений напряжения в цепи.
Когда ток проходит через каждый резистор в последовательной цепи, он устанавливает разность потенциалов на каждом отдельном сопротивлении.Это обычно называется падением напряжения, и его величина прямо пропорциональна величине сопротивления. Чем больше значение сопротивления, тем выше падение напряжения на этом резисторе.
ET = E1 + E2 + E3…
Используя закон Ома, вы можете определить напряжение на каждом резисторе.
3 А × 15 Ом = 45 В
3 А × 5 Ом = 15 В
3 А × 20 Ом = 60 В
Общее напряжение источника равно сумме отдельных падений напряжения:
45 В + 15 В + 60 В = 120 В

Обрыв в последовательной цепи
При появлении обрыва ток в цепи прерывается.Если нет тока, падение напряжения на каждом из резистивных элементов равно нулю. Однако разность потенциалов источника очевидна. Если вольтметр подключен через разрыв, показания такие же, как если бы он был подключен непосредственно к клеммам источника питания.
Рисунок 17. Обрыв цепи
Влияние обрыва линии и потери линии
Медь и алюминий используются в качестве проводников, потому что они мало препятствуют прохождению тока.Хотя сопротивлением часто пренебрегают при простом анализе цепей, в практических приложениях может возникнуть необходимость учитывать сопротивление линий.
Line Drop
Рисунок 18. Падение напряжения
Когда ток 10 А протекает через каждую линию с сопротивлением 0,15 Ом, на каждой линии появляется небольшое падение напряжения. Это падение напряжения на линейных проводниках обычно обозначается как падение на линии .
Поскольку есть две линии, общее падение составляет 2 × 1.5 В = 3 В. Напряжение сети на нагрузке (117 В) меньше напряжения источника.
В некоторых ситуациях может потребоваться использование более крупных проводов с меньшим сопротивлением, чтобы падение напряжения в линии не слишком сильно уменьшало напряжение нагрузки.
Потеря линии
Другой термин, связанный с проводниками, — потери в линии. Это потеря мощности, выраженная в ваттах, и связана с рассеянием тепловой энергии, когда ток течет через сопротивление проводов линии.Потери в линии рассчитываются с использованием одного из уравнений мощности.
Используя предыдущий пример:
P = I ² × R
P = (10A) ² × 0,3 Ом
P = 30 Вт
* Помните:
Падение напряжения в линии выражается в вольтах.
Потери в линии выражаются в ваттах.
Авторство
2.8: Полярность падений напряжения
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Обзор
Мы можем проследить направление, в котором электроны будут течь в той же цепи, начав с отрицательной (-) клеммы и пройдя через положительную (+) клемму батареи, единственного источника напряжения в цепи. схема.Из этого мы можем видеть, что электроны движутся против часовой стрелки, от точки 6 к 5, к 4, к 3, к 2, к 1 и снова к 6.
Когда ток достигает сопротивления 5 Ом, на концах резистора падает напряжение. Полярность этого падения напряжения отрицательная (-) в точке 4 по сравнению с положительной (+) в точке 3. Мы можем отметить полярность падения напряжения на резисторе этими отрицательными и положительными символами в соответствии с направлением тока ( на каком бы конце резистора ни был ток , входящий в отрицательный по отношению к концу резистора, он равен на выходе :
Мы могли бы сделать нашу таблицу напряжений немного более полной, указав полярность напряжения для каждой пары точек в этой цепи:
Хотя документировать полярность падения напряжения в этой цепи может показаться немного глупым, это важная концепция, которую нужно освоить.Это будет критически важно при анализе более сложных схем, включающих несколько резисторов и / или батарей.
Следует понимать, что полярность не имеет ничего общего с законом Ома: в уравнения закона Ома никогда не должно входить отрицательное напряжение, ток или сопротивление! Есть и другие математические принципы электричества, которые учитывают полярность с помощью знаков (+ или -), но не закона Ома.
Обзор
Полярность падения напряжения на любом резистивном компоненте определяется направлением потока электронов через него: отрицательный, входящий, и положительный, выходящий.
Почему в цепи падает напряжение? Факты, которые вам следует знать об этом
Понимание того, почему падение напряжения в цепи, питаемой от батареи, имеет основополагающее значение для диагностики электрических проблем. Полярность напряжений влияет на такие компоненты, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, поскольку определяет направление, в котором ток движется по цепи. Вот краткий обзор того, что происходит, когда в цепи падает напряжение.
Напряжение и ток
Две клеммы батареи преобразуют химическую энергию в электрическую, что создает разницу в электрическом потенциале, также известную как напряжение. Когда эта энергия проходит через такие компоненты, как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, она называется током. Резисторы предназначены для сопротивления прохождению электрического тока. Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля, а индукторы — в виде магнитного поля.
Напряжение отражает количество работы, необходимой для перемещения электрического заряда в цепи компонентов.Работа измеряется в джоулях на единицу заряда, которая требуется для создания непрерывного потока электронов. Например, 9-вольтовая батарея выполняет 9 джоулей работы на кулон заряда.
Также читайте — Силовые индукторы: все, что вам нужно знать
Аккумулятор выполняет работу, которая распределяется между различными компонентами системы. В то время как аккумулятор обеспечивает энергию для перемещения заряда, компоненты потребляют энергию. Это изменение приводит к падению напряжения. Чем больше сопротивление в цепи, тем больше работы или напряжения требуется для перемещения заряда по мере прохождения тока.
Падение полярности напряжения
Полярность отражает то, как ток течет от положительного к отрицательному в цепи. В то время как ток течет от положительного полюса к отрицательному, электроны текут с отрицательного на положительное направление.
Резистор потребляет энергию независимо от того, входит ли заряд в компонент как положительный или выходит как отрицательный. Напряжение обычно падает на всех пассивных элементах, таких как резисторы.
Также читайте — Тороидные индукторы: что вам нужно знать
Конденсаторы и катушки индуктивности способны накапливать энергию и функционировать в качестве нагрузки или источника.Нагрузка потребляет энергию, а источник вырабатывает энергию. Когда компонент работает как нагрузка, он имеет ту же полярность падения напряжения, что и резистор. Внутри конденсатора полярность падения напряжения не меняется при начале разряда. Несмотря на то, что конденсатор действует как источник энергии, он производит ток в направлении, противоположном заряду.
Катушка индуктивности потребляет энергию, пытаясь поддерживать ток, что приводит к изменению полярности. По сути, индуктор генерирует ток в том же направлении, что и зарядный ток.
Основная причина частых падений напряжения в цепи часто связана с повышенным сопротивлением или повышенной нагрузкой. Слишком большое количество падений напряжения может привести к тому, что нагрузка будет работать тяжелее с меньшим усилием, что приведет к мерцанию света или перегреву оборудования.
Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.
Мы — растущее предприятие в магнитной индустрии с более чем 20-летним опытом.
Allied Components International
Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.
Мы — растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.
Расчет падения напряжения
| Инженеры Edge
Связанные ресурсы: приборы
Расчет падения напряжения
Падение напряжения определяется как уменьшение подводимой энергии источника напряжения по мере прохождения электрического тока через пассивные элементы (элементы, которые не подают напряжение) электрической цепи.Падения напряжения на внутренних сопротивлениях источника, проводниках, контактах и разъемах нежелательны; подаваемая энергия теряется (рассеивается). Желательны падения напряжения на нагрузках и на других активных элементах схемы; подаваемая энергия выполняет полезную работу. Напомним, что напряжение представляет собой энергию на единицу заряда. Например, электрический обогреватель может иметь сопротивление десять Ом, а провода, которые его питают, могут иметь сопротивление 0,2 Ом, что составляет около 2% от общего сопротивления цепи.Это означает, что примерно 2% подаваемого напряжения теряется в самом проводе. Чрезмерное падение напряжения может привести к неудовлетворительной работе и повреждению электрического и электронного оборудования.
Национальные и местные электротехнические нормы и правила могут устанавливать рекомендации по максимально допустимому падению напряжения в электропроводке, чтобы гарантировать эффективность распределения и правильную работу электрического оборудования. Максимально допустимое падение напряжения варьируется от страны к стране.В электронной конструкции и передаче энергии используются различные методы для компенсации эффекта падения напряжения в длинных цепях или там, где необходимо точно поддерживать уровни напряжения. Самый простой способ уменьшить падение напряжения — увеличить диаметр проводника между источником и нагрузкой, что снизит общее сопротивление. Более сложные методы используют активные элементы для компенсации нежелательного падения напряжения.
Падение напряжения в цепях переменного тока: полное сопротивление
В цепях переменного тока сопротивление току действительно возникает из-за сопротивления (как и в цепях постоянного тока).Цепи переменного тока также представляют собой второй вид сопротивления протеканию тока: реактивное сопротивление. Это «полное» противостояние (сопротивление «плюс» реактивное сопротивление) называется импедансом. Импеданс в цепи переменного тока зависит от расстояния и размеров элементов и проводников, частоты переменного тока и магнитной проницаемости элементов, проводников и их окружения.
Падение напряжения в цепи переменного тока является произведением силы тока и полного сопротивления (Z) цепи.Электрический импеданс, как и сопротивление, выражается в омах. Электрический импеданс — это векторная сумма электрического сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления. Он выражается формулой E = IZ, аналогичной закону Ома для цепей постоянного тока.
Падение напряжения в электропроводке здания
Большинство цепей в доме не имеют достаточного тока или длины для создания высокого падения напряжения. В случае очень длинных цепей, например, при подключении дома к отдельному зданию на том же участке, может потребоваться увеличить размер проводов сверх минимального требования для номинального тока цепи.Для сильно нагруженных цепей также может потребоваться увеличение размера кабеля для соответствия требованиям к падению напряжения, установленным в правилах электромонтажа.
Нормы и правила электропроводки устанавливают верхний предел допустимого падения напряжения в параллельной цепи. В США Национальный электротехнический кодекс (NEC) рекомендует не более 5% падения напряжения на розетке. Канадский электротехнический кодекс требует не более 5% перепада между служебным входом и местом использования. Нормы Великобритании ограничивают падение напряжения до 4% от напряжения питания.
Расчет падения напряжения
В ситуациях, когда проводники цепи проходят на большие расстояния, рассчитывается падение напряжения. Если падение напряжения слишком велико, провод цепи необходимо увеличить, чтобы поддерживать ток между точками. Расчеты для однофазной схемы и трехфазной схемы немного отличаются.
Расчет однофазного падения напряжения:
VD = [2 x L x R x I] / 1 000
VD% = [VD / Напряжение источника] x 100
Расчет трехфазного падения напряжения:
VD = [(2 x L x R x I) / 1000] x.866
VD% = [VD / Напряжение источника] x 100
Где:
VD = Падение напряжения (температура проводника 75 ° C) в вольтах
VD% = процент падения напряжения (VD ÷ напряжение источника x 100). Именно это значение обычно называют «падением напряжения» и указывается в NEC 215.2 (A) (4) и во всем NEC.
L = длина фидера контура в одном направлении (в футах)
R = коэффициент сопротивления согласно NEC, глава 9, таблица 8, в Ом / кф
I = ток нагрузки (в амперах)
Напряжение источника = Напряжение в параллельной цепи источника питания.Обычно напряжение источника составляет 120, 208, 240, 277 или 480 В.
© Copyright 2000-2021, Engineers Edge, LLC www.engineersedge.com
Все права защищены
Отказ от ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты
Дата / Время:
.
No related posts.

Разное