Gsadryer.ru

Промышленное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи

Июль 17th, 2012 Рубрика: Электротехника

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта «Заметки электрика»..

Сегодня открываю новый раздел на сайте под названием электротехника.

В этом разделе я постараюсь в наглядной и простой форме объяснить Вам вопросы электротехники. Скажу сразу, что далеко углубляться в теоретические знания мы не будем, но вот с основами познакомимся в достаточном порядке.

Первое, с чем я хочу Вас познакомить, это с законом Ома для участка цепи. Это самый основной закон, который должен знать каждый электрик.

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.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

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

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

Закон Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

I – значение тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах)

U – значение напряжения на участке цепи (измеряется в вольтах)

R – значение сопротивления участка цепи (измеряется в Омах)

Если формулу объяснить словами, то получится, что сила тока пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи.

Проведем эксперимент

Чтобы понять формулу не на словах, а на деле, необходимо собрать следующую схему:

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Цель этой статьи — это показать наглядно, как использовать закон Ома для участка цепи. Поэтому я на своем рабочем стенде собрал эту схему. Смотрите ниже как она выглядит.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Сопротивление в цепи я заменил светодиодной лампочкой, обладающей определенной величиной сопротивления. Все соединения производим с помощью соединительных проводов марки ПВ-1. Кто не знает как это сделать, то читайте мою статью как правильно соединять провода.

С помощью ключа управления (избирания) можно выбрать, либо постоянное напряжение, либо переменное напряжение на выходе. В нашем случае используется постоянное напряжения. Уровень напряжения я меняю с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР).

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

В нашем эксперименте я буду использовать напряжение на участке цепи, равное 220 (В). Контроль напряжения на выходе смотрим по вольтметру.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Теперь мы полностью готовы провести самостоятельно эксперимент и проверить закон Ома в действительности.

Ниже я приведу 3 примера. В каждом примере мы будем определять искомую величину 2 методами: с помощью формулы и практическим путем.

Пример № 1

В первом примере нам нужно найти ток (I) в цепи, зная величину источника постоянного напряжения и величину сопротивления светодиодной лампочки.

Напряжение источника постоянного напряжения составляет U = 220 (В). Сопротивление светодиодной лампочки равно R = 40740 (Ом).

С помощью формулы найдем ток в цепи:

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

I = U/R = 220 / 40740 = 0,0054 (А)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Подключаем последовательно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме амперметр, и замеряем ток в цепи.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

На дисплее мультиметра показан ток цепи. Его значение равно 5,4 (мА) или 0,0054 (А), что соответствует току, найденному по формуле.

Читайте так же:
Ток идет а лампа не горит

Пример № 2

Во втором примере нам нужно найти напряжение (U) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину сопротивления светодиодной лампочки.

I = 0,0054 (А)

R = 40740 (Ом)

С помощью формулы найдем напряжение участка цепи:

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

U = I*R = 0,0054 *40740 = 219,9 (В) = 220 (В)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

Подключаем параллельно светодиодной лампочке мультиметр, включенный в режиме вольтметр, и замеряем напряжение.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

На дисплее мультиметра показана величина измеренного напряжения. Его значение равно 220 (В), что соответствует напряжению, найденному по формуле закона Ома для участка цепи.

Пример № 3

В третьем примере нам нужно найти сопротивление (R) участка цепи, зная величину тока в цепи и величину напряжения участка цепи.

I = 0,0054 (А)

U = 220 (В)

Опять таки, воспользуемся формулой и найдем сопротивление участка цепи:

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

R = U/I = 220/0,0054 = 40740,7 (Ом)

А теперь проверим полученный результат практическим путем.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Сопротивление светодиодной лампочки мы измеряем с помощью электроизмерительных клещей или мультиметра.

Полученное значение составило R = 40740 (Ом), что соответствует сопротивлению, найденному по формуле.

Как легко запомнить Закон Ома для участка цепи.

Чтобы не путаться и легко запомнить формулу, можно воспользоваться небольшой подсказкой, которую Вы можете сделать самостоятельно.

Нарисуйте треугольник и впишите в него параметры электрической цепи, согласно рисунка ниже. У Вас должно получится вот так.

zakon_oma_dlya_uchastka_cepi_закон_Ома_для_участка_цепи

Пользоваться треугольником-подсказкой очень легко и просто. Закрываете своим пальцем, тот параметр цепи, который необходимо найти.

Если оставшиеся на треугольнике параметры расположены на одном уровне, то значит их необходимо перемножить.

Если же оставшиеся на треугольнике параметры расположены на разном уровне, то тогда необходимо разделить верхний параметр на нижний.

С помощью треугольника-подсказки Вы не будете путаться в формуле. Но лучше все таки ее выучить, как таблицу умножения.

Выводы

В завершении статьи сделаю вывод.

Электрический ток — это направленный поток электронов от точки В с потенциалом минус к точке А с потенциалом плюс. И чем выше разность потенциалов между этими точками, тем больше электронов переместится из точки В в точку А, т.е. ток в цепи увеличится, при условии, что сопротивление цепи останется неизменным.

Но сопротивление лампочки противодействует протеканию электрического тока. И чем больше сопротивление в цепи (последовательное соединение нескольких лампочек), тем меньше будет ток в цепи, при неизменном напряжении сети.

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1 ).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Читайте так же:
Ток потребляемый одной лампочкой

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Как устроена электрическая установка автомобиля

Электрическая установка автомобиля — это замкнутый контур с независимым источником энергии в виде батареи. Она работает с током меньшей мощности, чем домашняя электросеть.

Стандартная электрическая установка

Помимо основных цепей зарядки, пуска и зажигания, в электросистеме автомобиля есть цепи, отвечающие за работу освещения, датчиков, панели приборов, нагревательных элементов, магнитных замков, радиоприемника и т.д.

Все цепи замыкаются и размыкаются с помощью выключателей или реле, работающих на электромагнитах.

Электрический ток идет по одножильному кабелю от батареи к питаемым элементам и возвращается в батарею по металлическому корпусу. Корпус соединен с зажимом заземления батареи толстым кабелем.

Система связи с возвратом тока через землю

В отрицательной (-) системе связи с возвратом тока через землю ток течет от положительной (+) клеммы к управляемому компоненту. Компонент заземлен на корпус автомобиля, который, в свою очередь, подключен к отрицательной (-) клемме батареи.

Такой тип цепи называется системой связи с возвратом тока через землю, а все ее компоненты подключены к корпусу автомобиля (заземлены).

Сила тока измеряется в амперах (А), а энергия, которая тратится на передвижение тока по цепи, называется напряжением и измеряется в вольтах (В). Батареи современных машин рассчитаны на сеть с напряжением 12В. Емкость батареи измеряется в ампер-часах (А·ч). Батарея с емкостью 56 А·ч может генерировать ток силой в 1 ампер на протяжении 56 часов или ток силой 2 ампера на протяжении 28 часов.

Когда напряжение батареи падает, ток ослабевает, и в конечном итоге его не хватает для правильной работы компонентов цепи.

Ток, напряжение и сопротивление

Способность проводника препятствовать прохождению тока называется сопротивлением и измеряется в омах (Ом).

Тонкие проводники пропускают меньше тока, чем толстые, т.к. при уменьшении площади поперечного сечения снижается скорость движения электронов.

Энергия, которая образуется при преодолении сопротивления, преобразуется в тепло. В некоторых случаях это даже полезно — например, если рассматривать очень тонкую нить накаливания в лампочке, которая начинает светиться при нагревании.

Тем не менее, компоненты, которые потребляют много тока, подключать тонкими проводами не рекомендуется. В противном случае провода перегреются, замкнутся и сгорят.

Читайте так же:
Светодиодные лампочка подключение с розеткой

Все характеристики электрической цепи связаны между собой. Так, напряжение в 1В позволяет току силой 1А преодолеть сопротивление в 1Ом. Иными словами, А=В/Ом. Например, лампочка с сопротивлением в 3Ом, подключенная к сети с напряжением 12В, потребляет 4А.

Это означает, что лампочку необходимо подключать с использованием проводов, способных выдержать силу тока в 4А.

Зачастую энергопотребление (мощность) компонента обозначается в ваттах (Вт). Мощность можно найти, умножив амперы на вольты. В приведенном выше примере мощность лампочки составляет 48Вт.

Положительная и отрицательная полярность

Электрический ток течет в одном направлении от батареи, и некоторые компоненты цепи работают только при определенных условиях, связанных с направлением тока.

Полярность — это способность элемента принимать односторонний ток. В большинстве автомобилей отрицательная (-) клемма батареи заземлена, а положительная (+) питает всю электросистему.

В этом случае говорят, что система обладает отрицательным заземлением. Эта информация пригодится при покупке приборов (например, радиоприемника). Если вы попытаетесь подключить приемник с неподходящей полярностью, он будет поврежден. Тем не менее, многие приемники оснащены внутренним переключателем, позволяющим изменить полярность перед установкой.

Короткие замыкания и предохранители

Короткие замыкания возникают при использовании проводов неподходящего размера, поломках и разрывах цепи. При замыкании ток игнорирует сопротивление компонента, может превысить допустимые значения, расплавить провода или вызвать возгорание.

Коробка предохранителей представляет собой набор компонентов, как показано на рисунке. Коробка изображена без крышки.

Для предотвращения замыканий вспомогательные цепи оборудованы предохранителями.

Самый распространенный тип предохранителей представляет собой небольшой отрезок тонкого кабеля, покрытый теплостойким материалом — например, стеклом.

Для изготовления предохранителей выбирается кабель наименьшего диаметра, который может пропускать ток цепи без перегрева. Емкость предохранителя исчисляется в амперах.

При неожиданном всплеске тока предохранитель плавится, размыкая цепь.

Когда это происходит, необходимо проверить, что именно произошло с цепью (размыкание или короткое замыкание) и установить новый предохранитель (см. раздел «Проверка и замена предохранителей» или отрегулировать силу тока).

В обычном автомобиле очень много предохранителей, каждый из которых защищает небольшую группу компонентов. Это делается для того, чтобы один испортившийся предохранитель не нарушил работу всей системы. Некоторые предохранители находятся в коробке предохранителей, некоторые вмонтированы в электрическую цепь.

Последовательное и параллельное соединение

Как правило, электрическая цепь состоит из двух и более компонентов (например, осветительная цепь состоит из нескольких ламп). Способ соединения компонентов (параллельный или последовательный) играет огромную роль в работе с такой цепью.

Например, лампы в фарах обладают некоторым уровнем сопротивления, и для нормального свечения им необходимо потреблять ток определенной силы.

Если бы в автомобиле с двумя фарами, лампы были соединены последовательно, ток попадал бы в одну из них только после второй.

Иными словами, ток преодолевал бы сопротивление дважды, его сила уменьшилась бы вполовину, а лампы горели бы тускло.

При параллельном соединении ток проходит сквозь обе лампы одновременно.

Некоторые компоненты должны быть подключены последовательно. Например, при различных уровнях топлива датчик топливного бака обладает различным сопротивлением и посылает эти данные прибору для контроля.

Читайте так же:
Ток в люминисцентных лампах

Эти компоненты необходимо соединять последовательно, чтобы изменяющееся сопротивление датчика влияло на положение указателя на приборе.

Вспомогательные цепи

Стартерный мотор соединен с батареей отдельным толстым кабелем. Цепь зажигания посылает высоковольтные импульсы на свечи, а цепь зарядки включает в себя генератор, который заряжает батарею. Все остальные цепи называются вспомогательными (побочными).

Многие из них связаны с ключом зажигания и могут работать только в том случае, если ключ повернут.

В результате при выключении зажигания все цепи размыкаются и не разряжают батарею.

Тем не менее, боковые и задние фонари, которые часто работают даже у припаркованных автомобилей, работают независимо от зажигания.

При использовании дополнительных аксессуаров (например, обогревателя для заднего стекла, который потребляет много энергии), необходимо подключать их к цепи зажигания.

Некоторые вспомогательные компоненты могут работать без питания от зажигания — например, радиоприемник, который можно включать при неработающем двигателе.

Кабели и печатные схемы

Приборы отсоединяются от печатных схем путем скручивания скоб.

Размер кабеля определяет максимальную силу тока, которую он может пропустить без повреждений.

Каждый автомобиль пронизан сложной сетью кабелей. Каждый кабель имеет свой цвет, уникальный в рамках одного автомобиля, т.е. единой цветовой разметки не существует.

В некоторых руководствах и справочниках содержатся сложные монтажные схемы с условными обозначениями, однако многим проще понять назначение кабеля по цвету.

Кабели, которые тянутся в одном и том же направлении, скрепляются пластиковой или тканной обмоткой, чтобы их можно было компактнее укладывать.

Такой пучок кабелей тянется через весь корпус автомобиля, а отдельные провода ответвляются от него по необходимости.

Современные автомобили вмещают в себя огромное количество проводов. В настоящее время производители все чаще заменяют пучки кабелей печатными схемами, которые располагаются на приборной панели.

В общем случае печатная схема представляет собой лист пластика с медными дорожками, к которым подключаются компоненты цепи.

Современные автомобили оснащены гибкими печатными схемами, т.е. медные дорожки печатаются на резине или гибком пластике. Такая схема полностью заменяет всю систему кабелей.

Тиристоры.

тиристор.

Трехэлектродные тиристоры(тринисторы) — полупроводниковые приборы, применяемые для регулирования мощности в сетях переменного и постоянного токов. Тиристор легко переходит из закрытого (непроводящего) состояния в открытое, при подаче на управляющий электрод открывающего импульса. После того, как тиристор открыт, он остается в таком состоянии, пока протекающий через него ток не снизится до определенного порогового значения.

 Подключение тиристоров.

При работе в цепях переменного тока, подобное снижение происходит с каждой сменой полярности, при изменении фазы. В цепях постоянного тока, для отключения используются специальные схемы.

Популярные решебники

Проволока проходит через несколько контактов.

То есть, реостат делит напряжение, и называется делителем напряжения или потенциометром.

Включение лампы на 3,5 В вместе с лампой 60 Вт в сеть В.

Если изменять сопротивление проводника R, тогда будет меняться сила тока. Такой реостат состоит из изоляционной трубки 4, на которую навита проволочная спираль 5. Изобретён реостат был немецким физиком Иоганном Христианом Поггендорфом в г. Несмотря на выпуск многих разновидностей, принцип функционирования у всех приборов примерно одинаковый.

Почему так? Весьма удобно изменять длину проводника. Как тогда это сделать? Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь.

Читайте так же:
Схема включения люминесцентной лампы в сеть переменного тока


Масляные Устройства с масляным охлаждением повышают теплоемкость и время нагревания вследствие хорошей теплопроводности масла. При этом один из контактов подсоединен к ползуну, с помощью которого и регулируется количество ампер в цепи. Включив такую проволочку в цепь источника электрического тока через контакты А и С и передвигая подвижный контакт С, можно уменьшать или увеличивать длину включённого в цепь участка АС.

Для пуска и регулирования электрических двигателей станков, грузоподъемных механизмов и пр. В предыдущей статье мы подробно рассмотрели что такое потенциометр. Включение лампочки от карманного фонаря в сеть В. Необходимо обратить внимание, что ток в той части реостата, по которой он проходит, идет по каждому витку обмотки, а не поперек них.

На помощь придет уже известный нам прибор — реостат. Очевидно, что при таком включении к приемнику будет подаваться напряжение U, равное падению напряжения между зажимом 4 и подвижным контактом 3 реостата. Напряжение U представляет собой только часть напряжения Uи на зажимах источника.
На рисунке изображена схема электрической цепи, содержащей резистор сопротивлением…

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

  • мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
  • амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
  • среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
  • среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

Мощность электрического тока

Ток, идущий от высокого потенциала к низкому, совершает работу. Скорость ее совершения называется мощностью тока в цепи. Поскольку, силой тока называют количество проходящего в течении секунды через сечение цепи электричества, то мощность является величиной, находящейся в прямо пропорциональной зависимости от силы тока в цепи с резистором и напряжения (разности потенциалов). Измеряют ее в Вт (ваттах) и обозначают «Р».

P = I*U

Если же известны лишь сопротивление и сила тока, ее вычисляют по формуле:

В результате имеем:

Если известными величинами являются сопротивление и напряжение, ее высчитывают так:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector