Что такое напряжение и ток: 404 page not found | Fluke

Содержание

Основы электроники. Ток, напряжение, сопротивление.

На нашем сайте вышел обновленный курс по электронике! Мы рады предложить Вам новые статьи по этой теме:

Эта статья положит начало циклу статей, посвященных изучению основ электроники! Мы будем последовательно двигаться от самых азов до всяческих тонкостей при разводке плат и составлении принципиальных электрических схем. И начнем мы с рассмотрения основополагающих понятий электроники – тока, напряжения и сопротивления.

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия или работа, которая тратится на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с более высоким потенциалом. Напряжение представляет собой разность потенциалов между двумя точками. Сразу же остановимся и рассмотрим подробнее понятие – электрический потенциал.

Для определения электрического потенциала необходимо выбрать точку нулевого потенциала, относительно которой будет вестись отсчет.

Обычно за ноль потенциала принимают минус питания – это так называемая «земля». Рассмотрим простейшую цепочку, состоящую из источника напряжения и нагрузки – то есть резистора. Пусть напряжение источника равно 10 В, а сопротивление – 5 Ом.

Земля будет точкой отсчета, потенциал в этой точке равен 0. Тогда электрический потенциал в точке 1 будет равен напряжению источника питания, то есть 10 В. Соответственно, в точке 2 потенциал снова уменьшится до нуля, а напряжение на нагрузке будет равно 10 В (разность потенциалов между точками 1 и 2). Вроде бы все несложно и понятно, но это довольно важный момент, надо сразу уяснить для себя понятия напряжения и разности потенциалов, разницу и взаимосвязь между ними.

Ток.

Ток – скорость перемещения заряда в определенной точке, измеряются эта величина в Амперах. Тут тоже есть момент, который важно понять раз и навсегда. Если напряжение мы меряем между(!) двумя точками, то ток всегда проходит через(!) какую-либо точку схемы, либо через какой-либо элемент схемы. И если говорить о напряжении в какой-то точке схемы, то подразумевается напряжение между этой точкой и землей (потенциал в нашей точке минус потенциал земли, равный нулю).

Существует один важный закон для токов, называется он первым законом Кирхгофа и заключается он в том, что «сумма втекающих в точку токов равна сумме вытекающих из этой же точки токов». Для полного понимания смотрим на схему:

Тут у нас втекающие токи – I_1, I_2, I_3, а вытекающие – I_4, I_5. И по первому закону Кирхгофа мы имеем: I_1 + I_2 + I_3 = I_4 + I_5.

Сопротивление.

Сопротивление помогает связать напряжение и ток в цепи. Есть такая потрясающая штука – закон Ома, который говорит нам, что «сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи». Поясним на простеньком примере:

Итак, по закону Ома имеем: I = \frac{U}{R}.

Таким образом, можно сказать, что резистор позволяет нам преобразовать ток в напряжение, ну и, соответственно, напряжение в ток.

Рассмотрим возможные соединения резисторов, а именно, последовательное и параллельное. Пусть имеются три резистора, соединенных последовательно:

Общее сопротивление равно сумме каждого из сопротивлений в отдельности, то есть: R_0 = R_1 + R_2 + R_3.

Рассмотрим параллельное соединение:

Для параллельного соединения резисторов формула выглядит иначе: \frac{1}{R_0} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3}.

Очевидно, что при последовательном соединении резисторов общее сопротивление всегда получается большим, чем сопротивление отдельно взятого резистора, а при параллельном соединении резисторов, наоборот, общее сопротивление получается меньшим, чем сопротивление отдельных резисторов. Это важно запомнить и иметь ввиду при разработке электрических схем.

И еще важный момент – не нужно зацикливаться на точном определении значений сопротивления резисторов. Напротив, очень важно выработать способность быстро прикидывать в голове, какой резистор нужно поместить в схему в каждом конкретном случае.

Думаю тут еще надо рассмотреть такую вещь как делитель напряжения, раз уж речь идет о резисторах и сопротивлениях. Выглядит схема делителя так:

Делители напряжения, кстати, очень широко используются в схемах, можете взять какую-нибудь и обязательно там найдете с десяток делителей. Но что-то я забежал вперед, сначала рассмотрим, что же это такое. Простейший делитель напряжения – это схема, которая на выходе создает напряжение, равное части напряжения, которое имеется на входе.

Ток в цепи: I = \frac{U_{вх} }{R_1 + R_2} .

Тогда что же будет на выходе? Правильно: U_{вых} = IR_2 = \frac{U_{вх}R_2}{R_1 + R_2}.

Вот и получили, что на выходе напряжение равно части входного напряжения. Так работает делитель напряжения.

Итак, мы и рассмотрели понятия тока, напряжения и сопротивления. Наверное, на этом стоит остановиться, а то получится очень громоздко 🙂 Продолжим в следующих статьях, так что оставайтесь на связи!

Электроника как искусство: электрический ток / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток

Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее.

На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток.


Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.

Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме.

Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника.

Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.

Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: . Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток.
Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.

Также есть еще два важных правила. При параллельном соединении элементов, напряжение в каждом из элементов одинаково. Например, напряжение на резисторе R2 и R3, на рисунке выше, одинаковы, но токи могут быть разными, если резисторы имеют разные сопротивления, по закону Ома. Ток через батарейку равен току на резисторе R1 и равен сумме токов на резисторах R2 и R3. При последовательном соединении напряжения элементов складываются. Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.

Заземление также применяется в качестве защитного или рабочего. Защитное заземление называют зануление. Если нарушится изоляция схемы в каком-нибудь другом участке, отличном от земли, то по нулевому проводу потечет большой ток и сработает защита, которая отключит часть схемы. Защиту мы должны предусмотреть заранее, поставив автоматический выключатель или иное устройство на пути протекания тока.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.

Обычно, Xv близко к 0 вольт. Такие незаземленные схемы с одной стороны более безопасны, поскольку если человек прикоснется одновременно к схеме и земле ток не потечет, т.к. нет обратного пути протекания тока. Т.е. схема станет «заземлена» через человека. Но с другой стороны такие схемы каверзны. Если вдруг нарушится изоляция схемы от земли в какой-либо ее точке, то мы этого не узнаем. Что может быть опасно, при больших напряжениях Xv.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.

До сих пор, упоминая источник напряжения, я не касался рода этого самого напряжения. Напряжение есть меняющееся со временем и есть не меняющееся. Т.е. переменное и постоянное. Например, напряжение, меняющееся по синусоидальному закону всем хорошо знакомо, это напряжение сети 220в в бытовых розетках. С постоянным напряжением работать очень просто, мы это уже делали выше, когда рассматривали закон Кирхгофа. А что же делать с переменным напряжением и как его рассматривать?

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.

Определимся, сначала что такое напряжение 220в, кстати, по новому стандарту положено считать 230в. Это действующее значение напряжения. Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в. Действующее значение – это такое значение напряжения, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при постоянном токе такого же напряжения. Выражаясь математическим языком – это среднеквадратичное значение напряжения. В английской литературе используется термин RMS, а приборы, которые измеряют истинное действующее значение имеют знак «true RMS».

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный.
Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.

Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.

Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети Uл, т.е. напряжение, измеряемое между двумя фазами. На рисунке показан пример нахождения мгновенного значения Uл. Оно также изменяется по синусоидальному закону. Также наряду с линейным напряжением различают фазное Uф. Оно измеряется между фазой и нулем. Фазное напряжение в данной трехфазной сети равно 220в. Под фазным и линейным напряжение, конечно же подразумевается действующее напряжение. Соотносятся линейное к фазному напряжению, как корень из трех.

Нагрузку к трехфазной сети можно подключать как угодно – к фазному напряжению: между какой-либо фазой и нулем, либо к линейному напряжению: между двумя фазами. Если нагрузка подключена к фазному напряжению, то такая схема соединения называется звездой. Она и показана выше. Если к линейному напряжения – то соединение треугольником. Если одинаковая нагрузка подключается к линейным напряжениям между всеми тремя фазами, то такие сети симметричные. Ток через нулевой провод в симметричных сетях не течет. См рис. ниже. Промышленные сети также считаются условно симметричными. Как правило ноль в таких сетях присутствует, но лишь в защитных целях. Иногда может и отсутствовать вообще. Веселая картиночка из вики наглядно иллюстрирует как протекает ток в таких сетях.

На этом кратенький обзор по электросетям и электричеству завершен. Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

Библиографический список

  1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
  2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
  3. Wiki и интернет ресурсы.

Электрическое напряжение — урок. Физика, 8 класс.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц.


Электрический ток протекает в проводниках электричества. Например, в металлах электрический ток создают свободные электроны, в жидкостях — положительные и отрицательные ионы.
Чтобы мог образоваться электрический ток, необходимо наличие в веществе электрически заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться.

Свободные электроны и ионы сами по себе не могут перемещаться, необходима сила, воздействующая на них. Эту силу создаёт источник тока, который характеризуется электрическим напряжением.

Что такое электрическое напряжение, поможет выяснить его сравнение с течением реки. Течение — это тоже поток. Оно образуется только потому, что вода течёт с высокого места в низкое. Существует разница высот между истоком и устьем. Эта разница обеспечивает течение реки по всей её длине. Можно сказать, разница высот между истоком и устьем реки — своего рода напряжение.
Подобно действуют источники электрического тока, например, батарейка. У батарейки есть два полюса: плюс (+) и минус (-). В отрицательном полюсе накапливаются свободные электроны, а в положительном полюсе электронов меньше. Поэтому существует разница в концентрации зарядов. Эта разница между обоими полюсами батарейки создаёт электрическое напряжение.
В каждом источнике тока совершается работа, чтобы отделить положительные и отрицательные заряды, которые накапливаются в полюсах источника тока.

Например, в батарейках и аккумуляторах эта работа совершается в результате химических реакций, в фотоэлементах она совершается за счёт энергии света.

Электрическое напряжение характеризует возможность электрического поля совершать работу. 

Однако электроны могут перемещаться только тогда, когда образована замкнутая электрическая цепь.

В электрической цепи протекает ток, если в ней имеется источник тока. Чем выше электрическое напряжение источника тока, тем большую работу может совершить поток электронов.

Электрическое напряжение обозначается буквой U, единицей напряжения является вольт (В). Напряжение измеряется вольтметром.

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Электрическое напряжение:

  • U = R* I — Закон Ома для участка цепи
  • U = P / I
  • U = (P*R)1/2

Электрическая мощность:

  • P= U* I
  • P= R* I2
  • P = U 2/ R

Электрический ток:

  • I = U / R
  • I = P/ E
  • I = (P / R)1/2

Электрическое сопротивление:

  • R = U / I
  • R = U 2/ P
  • R = P / I2

НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.

Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.

Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети
частотнонезависимы — данная формулировка применима ко всем гармоникам любого сигнала.

Закон Ома для цепей переменного тока:

  • U = U0eiωt  напряжение или разность потенциалов,
  • I  сила тока,
  • Z = Reiφ  комплексное сопротивление (импеданс)
  • R = (Ra2+Rr2)1/2  полное сопротивление,
  • Rr = ωL — 1/ωC  реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
  • Rа  активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
  • φ = arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и током.

Формула напряжения тока. Найти электрическое напряжение, разность потенциалов.

Как известно у электрического напряжения должна быть своя мера, которая изначально соответствует той величине, что рассчитана для питания того или иного электротехнического устройства. Превышение или снижение величины этого напряжения питания негативно влияет на электрическую технику, вплоть до полного выхода ее из строя. А что такое напряжение? Это разность электрических потенциалов. То есть, если для простоты понимания его сравнить с водой, то это примерно будет соответствовать давлению. По научному электрическое напряжение — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда.

Наиболее распространенной формулой напряжения тока является та, в которой имеются три основные электрические величины, а именно это само напряжение, ток и сопротивление. Ну, а формула эта известна под названием закона Ома (нахождение электрического напряжения, разности потенциалов).

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Напомню, в электротехнике для различных физических величин существуют свои единицы измерения. Единицей измерения напряжения является «Вольт» (в честь ученого Алессандро Вольта, который открыл это явление). Единица измерения силы тока — «Ампер», и сопротивления — «Ом». В итоге мы имеем — электрическое напряжение в 1 вольт будет равно 1 ампер умноженный на 1 ом.

Помимо этого второй наиболее используемой формулой напряжения тока является та, в которой это самое напряжение можно найти зная электрическую мощность и силу тока.

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение. Ну, и чтобы найти силу тока нужно мощность разделить на напряжение. Все предельно просто. Единицей измерения электрической мощности является «Ватт». Следовательно 1 вольт будет равен 1 ватт деленный на 1 ампер.

Ну, а теперь приведу более научную формулу электрического напряжения, которая содержит в себе «работу» и «заряды».

В этой формуле показывается отношение совершаемой работы по перемещению электрического заряда. На практике же данная формула вам вряд ли понадобится. Наиболее встречаемой будет та, которая содержит в себе ток, сопротивление и мощность (то есть первые две формулы). Но, хочу предупредить, что она будет верна лишь для случая применения активных сопротивлений. То есть, когда расчеты производятся для электрической цепи, у которой имеется сопротивления в виде обычных резисторов, нагревателей (со спиралью нихрома), лампочек накаливания и так далее, то приведенная формула будет работать. В случае использования реактивного сопротивления (наличии в цепи индуктивности или емкости) нужна будет другая формула напряжения тока, которая учитывает также частоту напряжения, индуктивность, емкость.

P.S. Формула закона Ома является фундаментальной, и именно по ней всегда можно найти одну неизвестную величину из двух известных (ток, напряжение, сопротивление). На практике закон ома будет применяться очень часто, так что его просто необходимо знать наизусть каждому электрику и электронику.

1.01. Напряжение и ток

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Напряжение, ток и сопротивление



Напряжение и ток — это количественные понятия, о которых следует помнить всегда, когда дело касается электронной схемы. Обычно они изменяются во времени, в противном случае работа схемы не представляет интереса.

Напряжение (условное обозначение: U, иногда Е). Напряжение между двумя точками — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Иначе говоря, это энергия, которая высвобождается, когда единичный заряд «сползает» от высокого потенциала к низкому. Напряжение называют также разностью потенциалов или электродвижущей силой (э. д. с). Единицей измерения напряжения служит вольт. Обычно напряжение измеряют в вольтах (В), киловольтах (1 кВ = 103 В), милливольтах (1 мВ = 10-3 В) или микровольтах (1 мкВ = 10-6 В) (см. раздел «Приставки для образования кратных и дольных единиц измерения», мелким шрифтом). Для того чтобы переместить заряд величиной 1 кулон между точками, имеющими разность потенциалов величиной 1 вольт, необходимо совершить работу в 1 джоуль. (Кулон служит единицей измерения электрического заряда и равен заряду приблизительно 6 — 1018 электронов.) Напряжение, измеряемое в нановольтах (1 нВ = 10-9 В) или в мегавольтах (1 МВ = 106 B) встречается редко; вы убедитесь в этом, прочитав всю книгу.

Ток (условное обозначение: I). Ток — это скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения тока служит ампер. Обычно ток измеряют в амперах (А), миллиамперах (1 мА = 10-3 А), микроамперах (1 мкА = 10-6 А), наноамперах (1 нА = 10-9 А) и иногда в пикоамперах (1 пкА = 10-12 А). Ток величиной 1 ампер создаётся перемещением заряда величиной 1 кулон за время, равное 1 с. Условились считать, что ток в цепи протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, хотя электрон перемещается в противоположном направлении.

Запомните: напряжение всегда измеряется между двумя точками схемы, ток всегда протекает через точку в схеме или через какой-либо элемент схемы.

Говорить «напряжение в резисторе» нельзя — это неграмотно. Однако часто говорят о напряжении в какой-либо точке схемы. При этом всегда подразумевают напряжение между этой точкой и «землёй», то есть такой точкой схемы, потенциал которой всем известен. Скоро вы привыкнете к такому способу измерения напряжения.

Напряжение создаётся путём воздействия на электрические заряды в таких устройствах, как батареи (электрохимические реакции), генераторы (взаимодействие магнитных сил), солнечные батареи (фотогальванический эффект энергии фотонов) и т. п. Ток мы получаем, прикладывая напряжение между точками схемы.

Здесь, пожалуй, может возникнуть вопрос: а что же такое напряжение и ток на самом деле, как они выглядят? Для того чтобы ответить на этот вопрос, лучше всего воспользоваться таким электронным прибором, как осциллограф. С его помощью можно наблюдать напряжение (а иногда и ток) как функцию, изменяющуюся во времени. Мы будем прибегать к показаниям осциллографов, а также вольтметров для характеристики сигналов. Для начала советуем посмотреть приложение А, в котором идёт речь об осциллографе, и раздел «Универсальные измерительные приборы», мелким шрифтом.

В реальных схемах мы соединяем элементы между собой с помощью проводов, металлических проводников, каждый из которых в каждой своей точке обладает одним и тем же напряжением (по отношению, скажем, к земле). В области высоких частот или низких полных сопротивлений это утверждение не совсем справедливо, и в своё время мы обсудим этот вопрос. Сейчас же примем это допущение на веру. Мы упомянули об этом для того, чтобы вы поняли, что реальная схема не обязательно должна выглядеть как её схематическое изображение, так как провода можно соединять по-разному.


Рис. 1.1 Закон Кирхгофа для напряжений

Запомните несколько простых правил, касающихся тока и напряжения:

1. Сумма токов, втекающих в точку, равна сумме токов, вытекающих из неё (сохранение заряда). Иногда это правило называют законом Кирхгофа для токов. Инженеры любят называть такую точку схемы узлом. Из этого правила вытекает следствие: в последовательной цепи (представляющей собой группу элементов, имеющих по два конца и соединённых этими концами один с другим) ток во всех точках одинаков.

2. При параллельном соединении элементов (рис. 1.1) напряжение на каждом из элементов одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжения между точками А и В, измеренная по любой ветви схемы, соединяющей эти точки, одинакова и равна напряжению между точками А и В. Иногда это правило формулируется так: сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре схемы равна нулю. Это закон Кирхгофа для напряжений.

3. Мощность (работа, совершенная за единицу времени), потребляемая схемой, определяется следующим образом: P = U I. Вспомним, как мы определили напряжение и ток, и получим, что мощность равна: (работа/заряд) — (заряд/ед. времени). Если напряжение U измерено в вольтах, а ток I — в амперах, то мощность Р будет выражена в ваттах. Мощность величиной 1 ватт — это работа в 1 джоуль, совершенная за 1 с (1 Вт = 1 Дж/с).

Мощность рассеивается в виде тепла (как правило) или иногда затрачивается на механическую работу (моторы), переходит в энергию излучения (лампы, передатчики) или накапливается (батареи, конденсаторы). При разработке сложной системы одним из основных является вопрос определения её тепловой нагрузки (возьмём, например, вычислительную машину, в которой побочным продуктом нескольких страниц результатов решения задачи становятся многие киловатты электрической энергии, рассеиваемой в пространство в виде тепла).

В дальнейшем при изучении периодически изменяющихся токов и напряжений мы обобщим простое выражение P = UI. В таком виде оно справедливо для определения мгновенного значения мощности.

Кстати, запомните, что не нужно называть ток силой тока — это неграмотно. Нельзя также называть резистор сопротивлением. О резисторах речь пойдёт в следующем разделе.


Сигналы


Напряжение (ток) срабатывания реле — это… Что такое Напряжение (ток) срабатывания реле?

Напряжение (ток) срабатывания реле

Напряжение (ток) срабатывания реле

Минимальное значение напряжения (тока) на обмотке, при котором происходит срабатывание реле

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

  • напряжение (ток) прямой последовательности
  • Напряжение s

Смотреть что такое «Напряжение (ток) срабатывания реле» в других словарях:

  • напряжение — 3.10 напряжение: Отношение растягивающего усилия к площади поперечного сечения звена при его номинальных размерах. Источник: ГОСТ 30188 97: Цепи грузоподъемные калиброванные высокопрочные. Технические условия …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ток — ((continuous) current carrying capacity ampacity (US)): Максимальное значение электрического тока, который может протекать длительно по проводнику, устройству или аппарату при определенных условиях без превышения определенного значения их… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Реле времени — Реле времени …   Википедия

  • ГОСТ 16121-86: Реле слаботочные электромагнитные. Общие технические условия — Терминология ГОСТ 16121 86: Реле слаботочные электромагнитные. Общие технические условия оригинал документа: Время дребезга контактов Промежуток времени с момента первого замыкания до начала последнего замыкания контакта при его замыкании и с… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 16022-83: Реле электрические. Термины и определения — Терминология ГОСТ 16022 83: Реле электрические. Термины и определения оригинал документа: 138. Абсолютная погрешность электрического реле D.Absoluter Fehler Е. Absolute error F. Erreur absolue Определения термина из разных документов: Абсолютная… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • СТ СЭВ 250-76: Реле газовые — Терминология СТ СЭВ 250 76: Реле газовые: 3.7. Вибропрочность Реле должны выдерживать вибрации поочередно в трех расположенных перпендикулярно относительно друг друга плоскостях при постоянном ускорении, равном 1,5 g и частоте от 5 до 150 Гц.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • направленная токовая защита нулевой последовательности — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Нулевая последовательность фаз. Согласно теории симметричных составляющих любую несимметричную систему трех токов или напряжений обозначим их А, В, С можно представить в виде трех… …   Справочник технического переводчика

  • Дифференциальная защита — Дифференциальная защита  один из видов релейной защиты, отличающийся абсолютной селективностью и выполняющейся быстродействующей (без искусственной выдержки времени). Применяется для защиты трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов,… …   Википедия

  • время — 3.3.4 время tE (time tE): время нагрева начальным пусковым переменным током IА обмотки ротора или статора от температуры, достигаемой в номинальном режиме работы, до допустимой температуры при максимальной температуре окружающей среды. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 50030.1-2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования — Терминология ГОСТ Р 50030.1 2007: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 1. Общие требования оригинал документа: 2.2.11 автоматический выключатель: Контактный коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Знайте разницу между напряжением и током

Мы знаем, что батарея имеет положительный и отрицательный полюс. Как только напряжение подается на цепь, внутри нее возникает давление или электрическое напряжение из-за некоторой разницы, называемой разностью потенциалов.

Теперь это давление заставляет заряженный электрон перемещаться от отрицательной клеммы батареи к положительной. Это движение электронов от отрицательного вывода к положительному — это то, что мы называем током.

В этой статье обсуждается ток как потока электронов, а также напряжение, отвечающее за проталкивание тока от одного конца к другому, а также текущая разница напряжений.

Как отличить ток от напряжения?

Теперь мы обсудим разницу напряжения и тока:

Из приведенного выше утверждения напряжение было обозначено как электрическое напряжение, электрическое давление и разность потенциалов.

Мы знаем, что напряжение генерируется на электростанции.Электроны беспорядочно перемещаются внутри цепи, и для того, чтобы задать направление электронному потоку от отрицательного вывода батареи к положительному, требуется некоторый толчок; этот толчок и есть напряжение.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Чтобы понять, что такое напряжение, рассмотрим пример резервуара для воды.

Предположим, что под заполненным резервуаром находится пустой резервуар для воды. Теперь, как только открывается кран, вода начинает вытекать из верхнего бака. Однако это происходит только при приложении давления к воде в верхнем резервуаре.

Аналогично, при подключении схемы к батарее на ее концах возникает разница. Разница, исходящая от источника питания электрической цепи, называется разностью потенциалов / напряжением.

Напряжение / электрическое давление подталкивает заряженные электроны к миграции от отрицательного конца батареи к положительной стороне и продолжает движение внутри цепи / проводящей петли, поток электронов создает ток внутри цепи.

Теперь эти заряженные электроны или ток совершают свою работу в виде молнии лампочки.

(Изображение будет добавлено в ближайшее время)

Таким образом, напряжение — это электрическое напряжение / давление, которое заставляет электроны (ток) течь через цепь, генерирующую электричество, и лампа светится.

Дифференциация между током и напряжением

В таблице ниже приведена разница между напряжением и током:

Ток и напряжение


Ток

Напряжение

Определение

Электрический ток — это количество заряженных электронов, протекающих в цепи за секунду.

Проще говоря, ток — это поток электронов между двумя точками, вызванный напряжением.

Напряжение — это разница в электрической потенциальной энергии на единицу заряда между двумя точками.

Проще говоря, напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрического поля, которая заставляет электроны двигаться в определенном направлении в цепи и, следовательно, генерировать ток.

Формула

Формула для тока:

I = q / t

Расход заряда в единицу времени

Напряжение = работа / заряд или Вт / q

В этой формуле говорится это напряжение — это работа, выполняемая для перемещения положительного тестового заряда из одной точки в другую.

Формула размеров

Формула размеров для тока [M0L0T0A1]

Формула размеров для напряжения [M1L2T-3A-1]

Единица

Единицей измерения тока является ампер или «А».

Единица измерения напряжения — вольт или «В»

Измерительный прибор

Ток измеряется амперметром.

Амперметр всегда включен последовательно в электрическую цепь.

Напряжение измеряется с помощью вольтметра.

Вольтметр всегда подключается параллельно электрической цепи.

Теперь давайте рассмотрим другой пример, чтобы понять, как напряжение и ток связаны друг с другом.

Допустим, водонапорная башня стоит в реке и наполнена водой. Теперь у водонапорной башни достаточно потенциальной энергии для работы.Насос подсоединяется к его правой стороне, а для замыкания контура слева от башни подсоединяется труба.

Этот насос создает давление на водонапорную башню, которая, в свою очередь, выталкивает воду из трубы. При увеличении ширины трубы потенциальная энергия градирни остается прежней, однако объем воды, вытекающей из трубы, увеличивается. Даже если мы удалим трубу, потенциальная энергия останется прежней.

Итак, здесь давление — это напряжение, а вода, текущая из трубы — это ток.

Это то, что мы видели в удаленных элементах, независимо от того, подключены ли они к цепи или оставлены без нагрузки, напряжение ячейки остается неизменным.

Запомните

В ∝ I

Ток, протекающий по цепи, прямо пропорционален толканию цепи потоку электронов в определенном направлении.

Это означает, что чем больше давление, тем больше расход воды или тока в контуре, и наоборот.

Если разность потенциалов между двумя точками трубы, по которой течет вода, увеличивается, напряжение также увеличивается.Это потому, что напряжение — это разность потенциалов между двумя точками.

Разница между напряжением и током

Напряжение и ток — это два основных аспекта электричества. Напряжение — это тип электромагнитной силы, действие которой вызывает прохождение электрического тока в цепи. Величины напряжения и тока зависят друг от друга, но эти два члена в некоторой степени отличаются друг от друга.

Одно из основных различий между напряжением и током состоит в том, что напряжение — это разница между двумя точками, а ток — это поток электрических зарядов между этими двумя точками электрического поля.Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.

Содержание: напряжение против тока

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Напряжение Ток
Определение Разница между двумя точками электрического поля Поток зарядов между двумя точками
Единица Вольт Ампер
Символ V I
Формула
Созданное поле Магнитное поле Электростатическое поле
Типы Переменное и постоянное напряжение Переменный и постоянный ток
Полярность Переменное напряжение изменяется, но постоянное напряжение не может изменить его полярность. Переменный ток меняет свою полярность, но полярность постоянного тока остается постоянной.
Производит Генератор Напряжение
Измерительный прибор Вольтметр Амперметр
Заряды 1 вольт = 1 джоуль / кулон 1 ампер = 1 кулон в секунду
Последовательное соединение Неравномерно по всем компонентам Равномерно распределено по всем компонентам
Параллельное соединение Величина напряжения остается неизменной во всех компонентах Величина тока изменяется во всех компонентах.
Потери Из-за импеданса Из-за пассивных элементов
Отношение Это причина тока Это влияние напряжения

Определение напряжения

Напряжение — это тип электромагнитной силы. Когда величина напряжения высока, через цепь протекает большой ток, а при низкой величине через нее протекает меньший ток.Напряжение обозначается символом V, а их единица СИ — вольт.

Напряжение в основном подразделяется на два типа: переменное напряжение и постоянное напряжение. Переменное напряжение меняет свою полярность, а постоянное напряжение не меняет своей полярности. Постоянное напряжение создается разностью потенциалов между выводами электрохимической ячейки, а переменное напряжение создается генератором переменного тока.

Иногда в линии передачи напряжение на передающем конце меньше напряжения на приемном конце.Напряжение рассеивается в виде тепла, поэтому потеря напряжения называется падением напряжения. Падение напряжения происходит из-за большой нагрузки. Когда к линии подключается большая нагрузка, она потребляет сильный ток, из-за которого происходит потеря напряжения.

Когда напряжение на принимающей стороне больше, чем на стороне отправителя, в линии происходит рост напряжения. Повышение напряжения называется эффектом Ферранти, и в основном это происходит из-за зарядного тока линии передачи.

Определение текущего

Ток — это эффект напряжения. Когда к проводящему материалу прикладывается разность потенциалов, носитель электрического заряда начинает перемещаться от одного атома к другому. Сила тока обозначается символом I, а их единицей в системе СИ является ампер. Один ампер тока соответствует носителю заряда 6,24 × 10 18 . Большинство носителей заряда являются носителями отрицательного заряда, а направление тока — от отрицательной точки к относительно положительной.

Электрический ток в основном делится на два типа: переменный ток и постоянный ток. В постоянном токе электроны текут только по направлению, а в переменном токе направление электронов меняется на противоположное каждую миллисекунду.

Ключевые различия между напряжением и током

  1. Напряжение — это разность электрических зарядов между двумя точками электрического поля, тогда как ток — это поток электрических зарядов между точками электрического поля.
  2. Единица измерения напряжения в системе СИ (международная единица стандарта) — вольт, а единицей измерения силы тока в системе СИ — амперы.
  3. Напряжение представлено символом В , тогда как ток представлен символом I .
  4. Напряжение определяется как отношение проделанной работы к заряду, тогда как ток — это отношение заряда ко времени
  5. Напряжение создает вокруг себя магнитное поле, тогда как ток создает вокруг себя электростатическое поле.
  6. Полярность переменного напряжения остается измененной, и из-за этого переменного напряжения возникает переменный ток. Но полярность постоянного напряжения остается постоянной, и их действие индуцирует постоянный ток.
  7. Напряжение — это разница между точками в электрическом поле, тогда как ток вызывается течением электрона в электрическом поле.
  8. Напряжение измеряется прибором, называемым вольтметром, тогда как ток измеряется амперметром.
  9. Один вольт равен 1 джоуль / кулон, тогда как один ампер равен одному столбцу в секунду.
  10. В последовательной цепи величина напряжения остается разной во всех компонентах цепи, тогда как величина тока остается неизменной.
  11. В параллельной цепи напряжение на всех ветвях схемы остается неизменным, в то время как ток распределяется в компонентах схемы неравномерно.
  12. Падение напряжения в основном происходит из-за импеданса цепи, тогда как падение тока происходит из-за пассивного элемента (например, резистора) цепи.
    • Импеданс — это препятствие, которое электрическая цепь создает для прохождения электрического тока, когда к ним прикладывается разность потенциалов.
  13. Напряжение является причиной тока, тогда как ток — это эффект напряжения.

Заключение

По закону Ома напряжение прямо пропорционально току. Количественное напряжение генерируется, когда поток перерезается проводником, который помещается между вращающимся магнитным полем.Это напряжение индуцирует ток в цепи. Таким образом, мы можем сказать, что напряжение может существовать без тока, но ток не может существовать без напряжения. Другими словами, ток — это эффект напряжения, а напряжение — причина тока.

Разница между током и напряжением

Основная разница между напряжением и током

Ток и напряжение — это две разные электрические древности, но связанные друг с другом. Важно знать основы напряжения и тока для электротехники и электроники, а также все, что связано с электричеством.

Это наиболее часто задаваемый вопрос новичками даже на собеседовании по основным профессиям. Мы обсудим следующие две основные величины с подробным сравнением.

  • Ток: — это скорость потока заряда (электронов) между двумя точками, вызванная напряжением.
  • Напряжение: — это сила разности потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая вызывает протекание тока в цепи.

Похожие сообщения:

Что сейчас?

Ток — это скорость потока заряда (электронов), проходящего через точку в цепи, вызванного напряжением.Он представлен символом «I». Единицей измерения тока в системе СИ является ампер, который обозначается буквой «А». Если один кулоновский заряд проходит через точку проводимости за одну секунду, величина тока известна как один ампер. Ток в 1 ампер (1 А) — это носитель заряда 6,24 × 10 18 электронов.

В основном есть два типа токов: переменный и постоянный (переменный ток и постоянный ток).

Переменный ток: Переменный ток (переменный ток) постоянно меняет свое направление и величину в течение всего времени.

Постоянный ток: А Постоянный ток (постоянный ток) имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность или направление в течение всего времени.

Электронный ток течет от отрицательного к положительному из-за большого количества отрицательных носителей заряда (электронная техника), в то время как в обычном токе ток течет от положительного к отрицательному (электротехника). Это предполагается только для направления тока при решении и анализе электрической схемы, хотя величина тока одинакова в обоих случаях.

Формулы электрического тока:

Основная электрическая формула для тока приведена ниже.

I = Q / t … (в амперах)

Где:

  • I = ток в амперах
  • Q = заряд в кулонах
  • t = время в секундах

Ток в цепях постоянного тока

Ток в однофазных цепях переменного тока

  • I = P / (V x Cosθ)
  • I = (V / Z)

Ток в трехфазных цепях переменного тока

Где:

  • I = Ток в амперах (A)
  • V = напряжение в вольтах (V)
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в омах (Ω)
  • Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока
  • Cosθ = Коэффициент мощности

Связанное сообщение: Разница между микропроцессором и микроконтроллером

Что такое напряжение?

Необходимое количество энергии для перемещения единичного заряда из одной точки в другую известно как напряжение.Другими словами, напряжение — это сила разности потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая заставляет ток течь в цепи, то есть напряжение является основной причиной, а ток — следствием .

Напряжение — это эффект электродвижущей силы (ЭДС), представленный символом V. Единицей измерения напряжения в системе СИ является «вольт», который также обозначается символом «V». Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновский заряд между двумя точками.

Один вольт — это разность электрического положения, равная одному амперу тока, который рассеивает один ватт мощности между двумя токопроводящими точками.

Существует два основных типа напряжений: переменное напряжение и постоянное напряжение

Переменное напряжение: Напряжение переменного тока непрерывно меняет свое направление и величину в течение всего времени. Генераторы переменного тока могут генерировать переменное напряжение.

Напряжение постоянного тока: Напряжение постоянного тока имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность с течением времени. Постоянное напряжение может вырабатываться электрохимическими элементами и батареями.

Формулы напряжения:

Основная формула для напряжения приведена ниже.

V = J / C = W / A … (в вольтах)

Где:

  • V = напряжение в вольтах
  • J = энергия в джоулях
  • C = заряд в Колумбусе
  • W = выполненная работа в джоулях
  • A = ток в амперах

Напряжение в цепях постоянного тока

  • В = I x R
  • В = P / I
  • В = √ (P x R)

Ток в однофазных цепях переменного тока

  • В = P / (I x Cosθ)
  • В = I / Z

Ток в трехфазных цепях переменного тока

Где:

  • I = ток в амперах (А)
  • В = напряжение в вольтах (В)
  • В L = линейное напряжение
  • В PH = фазное напряжение
  • P = мощность в ваттах (Вт)
  • R = сопротивление в Ом (Ом)
  • Z = Импеданс = Сопротивление цепей переменного тока
  • Cosθ = Коэффициент мощности

Соответствующие Сообщений:

Сравнение тока и напряжения
Характеристики Ток Напряжение
Определение Ток — это скорость потока заряда между двумя точками, вызванная напряжением.Или скорость потока электронов называется током. Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрического поля, которая вызывает протекание тока в цепи.
Символ Ток обозначается буквой «I» Напряжение обозначается буквой «В»
Единица Ампер — также известен как ампер, сила тока или просто «А». Вольт — также известное как напряжение или просто «В».
Единичный заряд 1 кулон / секунда = 1 ампер 1 джоуль / кулон = 1 вольт
Формула I = Q / t

Ток = заряд / время

V = W / Q

Напряжение = Работа / Зарядка

Причина и следствие Ток — это эффект, вызванный напряжением. Напряжение является причиной тока (являясь следствием).
Измерительный прибор Амперметр (амперметр) используется для измерения силы тока путем последовательного подключения. Вольтметр служит для измерения значения напряжения путем его параллельного подключения.
Типы Переменный ток (AC) и постоянный ток (DC) Переменное напряжение и постоянное напряжение. (Напряжение переменного и постоянного тока)
Поле, создаваемое Электрическое поле (электростатическое) Магнитное поле
Производимое Напряжение и ЭДС Генератор, генератор и батареи
Значение в последовательном соединении Ток одинаков в каждой точке последовательного соединения i.е.

I T = I 1 = I 2 = I 3 … = I n

Напряжение другое и складывается в последовательной цепи, т.е.

V T = V 1 + V 2 + V 3 … + V n

Значение при параллельном подключении Ток в параллельной цепи отличается и складывается, т.е.

I T = I 1 + I 2 + I 3 … + I n

Напряжение одинаково в каждой точке параллельного соединения i.е.

V T = V 1 = V 2 = V 3 … = V n

Падение и потеря из-за пассивных элементов из-за импеданса (сопротивления переменного тока)
Изменения полярности AC = переменный ток меняет полярность, в то время как DC = постоянный ток не может. Переменное напряжение изменяет свою полярность и величину, в то время как оно остается постоянным на постоянном токе.
Существование Тока не существует без напряжения, поскольку напряжение является основной причиной протекания тока, за исключением теоретического сверхпроводника. Напряжение может существовать без тока, поскольку оно является причиной протекания заряда.

Похожие сообщения:

Что такое напряжение? | Хиоки

Что такое напряжение? Эта страница предлагает легкое для понимания объяснение того, как напряжение отличается от тока, единицы измерения, в которых оно измеряется, и другую информацию.

Обзор

Перед тем, как начать использовать электронные устройства, вам необходимо хорошо разбираться в токе, сопротивлении, напряжении и связанных с ними темах.Если вы, как и большинство людей, знакомы со словами, но не имеете детального понимания основных понятий. Эта страница представляет собой легкое для понимания введение, в котором исследуется, как определяются напряжение и другие термины, как различаются ток и электрический потенциал и как можно измерить напряжение.

Что такое напряжение?

Напряжение описывает «давление», которое толкает электричество. Величина напряжения указывается единицей, известной как вольт (В), а более высокие напряжения заставляют больше электричества течь к электронному устройству.Однако электронные устройства предназначены для работы при определенных напряжениях; чрезмерное напряжение может повредить их схему.
Напротив, слишком низкое напряжение также может вызвать проблемы, не позволяя схемам работать и делая устройства, построенные вокруг них, бесполезными. Понимание напряжения и способов устранения связанных проблем необходимо для надлежащего обращения с электронными устройствами и выявления основных проблем при их возникновении.

Разница между напряжением и током

Как было сказано выше, простым описанием напряжения будет «способность вызывать прохождение электричества.«Если вы похожи на большинство людей, вам трудно представить себе, что такое напряжение, поскольку вы не можете увидеть его прямо своими глазами. Чтобы понять напряжение, вы должны сначала понять электричество.
Электричество течет как ток. Вы можете представить это как поток воды, как в реке. Вода в реках течет с гор вверх по течению к океану вниз по течению. Другими словами, вода течет из мест с большой высотой воды в места с низкой высотой воды. Электричество действует аналогично: понятие высоты воды аналогично электрическому потенциалу, и электричество течет из мест с высоким электрическим потенциалом в места с низким электрическим потенциалом.

Электричество напоминает поток воды.

Разность потенциалов между двумя точками можно выразить как напряжение. Напряжение — это как бы «давление», которое заставляет электричество течь. В физике напряжение можно рассчитать с помощью закона Ома, который гласит, что напряжение равно сопротивлению, умноженному на ток.

Сопротивление указывает на трудности, с которыми течет электричество. Представьте себе водопровод. По мере того, как труба становится меньше, сопротивление увеличивается, и воде становится все труднее течь; при этом увеличивается сила потока.Напротив, по мере увеличения трубы вода течет легче, но сила потока уменьшается. Аналогичная ситуация и с током. Сопротивление и ток пропорциональны напряжению, а это означает, что при увеличении любого из них будет увеличиваться и напряжение.

Метод измерения напряжения

Мультиметры (мультитестеры) используются для измерения напряжения. Помимо напряжения, мультиметры могут выполнять проверку целостности цепи и измерять такие параметры, как ток, сопротивление, температуру и емкость.Мультиметры бывают как в аналоговом, так и в цифровом вариантах, но цифровые модели проще всего использовать без ошибочного считывания значений, поскольку они отображают значения напрямую.

Для измерения напряжения мультиметром вы подключаете положительный и отрицательный измерительные провода и выбираете диапазон измерения напряжения. Затем вы подключаете провода к обоим концам цепи, которую хотите измерить. При использовании аналогового тестера вы начинаете с самого большого диапазона измерения напряжения.
Если прибор не отвечает, попробуйте постепенно уменьшать диапазоны измерения, пока не достигнете диапазона, позволяющего измерять напряжение в цепи.При использовании цифрового тестера многие модели упрощают процесс измерения, автоматически регулируя диапазон измерения.

Разница между постоянным и переменным током

Возможно, вы знаете, что существует два вида тока: постоянный или постоянный и переменный или переменный. Постоянный ток течет без каких-либо изменений направления, величины тока или величины напряжения. Знакомым примером этого типа тока может быть батарея. Батареи производят напряжение и ток в одном направлении.
Если вы подключите миниатюрную лампочку к батарее, она будет генерировать равномерное количество света до тех пор, пока в батарее остается заряд, и это характеристика постоянного тока. Постоянный ток течет в виде плоской или пульсирующей формы волны.

  • Пример сигналов постоянного тока

Напротив, переменный ток характеризуется напряжением и током, направление и величина которых периодически меняются относительно нулевого положения. Типичным примером может служить ток, подаваемый в бытовые электрические розетки.Напряжение и ток изменяются в заданном ритме в виде синусоидальной, треугольной или пульсовой волны.

  • Пример сигналов переменного тока

Цепь постоянного тока должна быть подключена к положительной и отрицательной клеммам аккумулятора надлежащим образом. Некоторые схемы не будут работать должным образом, если аккумулятор подключен наоборот.
Но с бытовой электрической розеткой электричество будет течь, даже если вы перевернете левый и правый контакты вилки. Поскольку электричество в переменном токе течет в обоих направлениях, величина электричества меняется момент за моментом.Эти значения известны как мгновенные значения, и их можно описать такими значениями, как максимальное значение, минимальное значение, среднее значение, размах колебаний и среднеквадратичное значение.

Используйте мультиметр, когда вам нужно измерить напряжение.

Напряжение — это показатель способности перемещать электричество. Эта концепция тесно связана с другими концепциями, такими как разность потенциалов, ток и сопротивление, поэтому важно развить общее понимание предмета. Для измерения напряжения вам понадобится мультиметр.Мультиметры просты в использовании, поэтому обязательно используйте их, когда вам нужно измерить напряжение.

Как использовать

Сопутствующие товары

Подробнее

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома | ОРЕЛ

С возвращением, молодой мастер электроники. В нашем предыдущем блоге мы узнали о простой схеме и ее месте в нашем мире электроники. Но чтобы понять истинную сущность электричества, нужно понять, как управлять и измерять напряжение, ток и сопротивление.Вот здесь и появляется этот блог. Мы поднялись на самые высокие вершины, чтобы найти правильную аналогию, объясняющую природу того, как электричество работает в цепи. И вместо того, чтобы проводить еще одну аналогию с водой, мы подумали, что будем более личными, с нашими телами в движении.

Напряжение — все дело в потенциале

Представьте, что вы просыпаетесь утром. Вы лежите в постели, хотите еще несколько часов поспать, но знаете, что настало время для страшной утренней пробежки. Вы знаете, что это хорошо для вас, и вы будете чувствовать себя прекрасно, когда начнете двигаться, но каждое утро вам нужно делать выбор.Вы можете либо остаться в постели и поспать немного дольше, либо встать и начать двигаться.

Это сущность напряжения; все дело в разнице потенциалов. У всех нас есть потенциал, и когда дело доходит до бега, этот потенциал заключается в том, чтобы сделать выбор: бегать или спать. Если вы не решите бегать сегодня утром, ваш потенциал будет бездействовать, но если вы это сделаете, то этот потенциал вырвется наружу, побуждая вас бежать на несколько миль и заряжая энергией остаток дня.

Напряжение в сети

Имея возможность двигаться или нет, напряжение накапливает электрическую энергию с потенциалом движения . Именно эта сила напряжения побуждает электроны течь по цепи и заставляет их работать час за часом.

Напряжение повсюду и ждет, пока мы задействуем его потенциал. Посмотрите на каждую неиспользуемую розетку в вашем доме — в розетках гудит напряжение, готовые сделать за вас работу.Но, как и при выборе бежать, у вас есть выбор, подключать ли этот источник напряжения к вашей розетке. Если оставить его в покое, то напряжение останется там, где оно есть, никогда не реализуя свой полный потенциал.

В электрической цепи напряжение измеряется путем определения так называемой разности потенциалов между двумя точками с помощью мультиметра. Возьмем, например, 9-вольтовую батарею. Если вы измеряете положительный и отрицательный полюсы, вы получите разность потенциалов 9 вольт (или близкую к ней).Положительный конец измеряется при 9 В, а отрицательный конец — при 0 В. Минус два числа, и вы получите свою разность потенциалов.

Вы можете использовать мультиметр для быстрого измерения напряжения или разности потенциалов в батарее. (Источник изображения)

Напряжение бывает двух различных форм: постоянное (постоянный ток) напряжение, которое обеспечивает постоянный поток отрицательного электричества, или переменное напряжение, которое постоянно переключается с отрицательного на положительное.Вот символы, которые вы хотите найти на схеме для постоянного, переменного напряжения и батареи:

Вот некоторые символы напряжения, на которые следует обратить внимание на следующей схеме: батареи, постоянный и переменный ток.

Отец напряжения — Алессандро Вольта

Человек часа, которому приписывают открытие напряжения — Алессандро Вольта (Источник изображения)

Человеком, первым обнаружившим напряжение, был итальянский физик Алессандро Вольта. Он также обнаружил массу других интересных вещей, в том числе:

  • Обнаружение того, что если вы смешиваете метан с воздухом, вы можете создать электрическую искру, которая положила начало знаменитому ныне двигателю внутреннего сгорания.
  • Обнаружение того, что электрический потенциал, хранящийся в конденсаторе, пропорционален его электрическому заряду.
  • Вольте также приписывают создание первой электрической батареи, названной Voltaic Pile, которая позволила ученым того времени создавать устойчивый поток электронов.

Пример гальванической батареи, впервые созданной Вольтой, позволяющей ученым создавать устойчивый поток электронов. (Источник изображения)

Однако

Volta не был лишен своих причуд.Пока ему не исполнилось четыре года, он не произнес ни слова, и его родители опасались, что он либо умственно отсталый. Хорошо, что они ошибались!

Ток — движение по потоку

Возвращаясь к нашей аналогии с бегом, представьте, что вы сделали выбор в пользу утренней пробежки. Вы в обуви и шортах и ​​выходите за дверь, чтобы отправиться в путь. На этом этапе у вас есть движение, когда вы начинаете бег, поток.

Вот ток, движущийся в наших телах, кто знал, что электричество может быть таким личным?

Может быть, через час пробежки вы начнете бежать, готовые пробежать мили.Когда вы бежите, ваши умные часы точно измеряют, как далеко вы прошли и как быстро вы прошли. Этот процесс запуска и измерения процесса — вот что такое Current .

Ток в электричестве

Как и шаги для завершения утренней пробежки, ток — это постоянное движение или поток электричества в цепи . Электрический ток, протекающий по вашей цепи, всегда измеряется в амперах или амперах. Но что заставляет этот ток двигаться?

Это напряжение, о котором мы говорили ранее.Точно так же, как вам нужно сказать себе, чтобы продолжать бегать, когда вы устали, напряжение является движущей силой тока, которая поддерживает его движение. Есть две школы мысли о том, как ток течет в цепи; Обычный поток или Электронный поток , давайте посмотрим на оба:

Обычный поток — Традиционный поток был первым в период научных открытий, когда люди не понимали электроны и то, как они текут в цепи. В рамках этой модели предполагалось, что электричество перетекает с положительного на отрицательный.

Обычный поток с электричеством, протекающим с положительной стороны на отрицательную сторону батареи.

Вы все еще увидите, что этот образ мышления используется в схемах и сегодня, и хотя он не совсем точен, его немного легче понять, чем Electron Flow. В конце концов, если мы вернемся к нашей аналогии с бегом, вы начнете с положительного источника энергии и бежите до тех пор, пока энергия не иссякнет. Это отношение положительное к отрицательному, как и многое в жизни.

Электронный поток — Электронный поток был продолжением обычного потока. Эта модель точно описывает электроны как движущиеся в противоположном направлении, от отрицательного к положительному. Поскольку электроны по своей природе отрицательны, они всегда будут выходить из отрицательного и бесконечно пытаться найти свой путь к положительной стороне источника питания с низким напряжением.

И более текущий поток электронов, при этом электроны текут, как в действительности, от отрицательного к положительному.

Имеет ли значение, каким образом вы показываете ток, протекающий в цепи? Не совсем. Вы, вероятно, увидите, что это представлено в обоих направлениях, если взглянуть на множество схем. Взгляните на диоды или транзисторы на следующей схеме, которую вы исследуете; все они будут указывать в направлении обычного потока.

Человек, стоящий за течением — Андре-Мари Ампер

Андре-Мари Ампер, самоучка, человек, совершивший гораздо больше, чем просто открытие Ампера.(Источник изображения)

Ампер был французским физиком и математиком, а также одним из основоположников науки о классическом электромагнетизме. Вы можете поблагодарить Ampere за несколько замечательных вещей, в том числе:

  • Его главное открытие — демонстрация того, что провод, по которому проходит электрический ток, может притягивать или отталкивать другой провод, по которому также течет ток, без использования физических магнитов.
  • Он был также первым, кто высказал идею о существовании частицы, которую мы все признаем электроном.
  • Он также организовал химические элементы по их свойствам в периодической таблице за полвека до появления современной периодической таблицы.

Интересный факт об образовании Ампера — у него не было никакого формального образования! Вместо этого отец позволял ему делать то, что ему заблагорассудится, узнавая что угодно. Хотя это могло вызвать лень и чрезмерное увлечение видеоиграми у остальных из нас, Ампер обнаружил естественную любовь к знаниям, пожирая как можно больше книг из семейной библиотеки и даже заучивая страницы из энциклопедии.

Сопротивление — это материальный мир

Наша последняя концепция — Сопротивление. Представьте себя снова на беговой дорожке, по какой поверхности вы бежите? Если вам повезет, то вы, возможно, путешествуете по мягкой траве или грунтовой дороге. Или, может быть, вы предпочитаете твердость улицы или тротуара. Но что, если он начнет литься наружу? Тогда вы можете застрять в густой грязи

Независимо от того, по какой дороге вы бежите, ваши ноги сталкиваются с некоторым сопротивлением, когда вы продолжаете двигаться вперед.Естественно, не все пути сопротивления созданы равными. Бег по грязи значительно снижает вашу способность бегать по сравнению с бегом по грунтовой дороге или улице. В этом вся суть сопротивления, тяга и тяга материального мира.

Сопротивление электричеству

Какой бы материал ни проходил через электричество, он столкнется с трением, которое будет препятствовать его движению. Проще говоря, сопротивление замедляет ток . Хотя в электрической цепи есть определенные компоненты, такие как резистор, единственная задача которого — сопротивление электричеству, любой физический материал будет оказывать некоторое сопротивление.

Вы обнаружите, что сопротивление измеряется в Ом Ом, и оно напрямую связано с током и напряжением. Вот простой пример: чем больше у вас сопротивление, тем меньше тока может протекать по цепи. Это похоже на бег: чем гуще грязь, тем медленнее ты будешь бежать. Обратное также работает, если вы увеличиваете напряжение, чтобы ваш ток двигался быстрее, чем ваше сопротивление будет иметь меньшее влияние на вашу схему.

Мастер сопротивления — Георг Симон Ом

Георг Ом — Человек, который объединил напряжение, , ток и сопротивление в знаменитом теперь законе Ома.(Источник изображения)

Г-н Ом был немецким физиком и математиком, и именно в то время, когда он был школьным учителем, он начал свои исследования с использованием новой электрической батареи, изобретенной Вольтой. С помощью собственного оборудования Ом смог обнаружить прямую зависимость между напряжением, приложенным к проводнику (например, медному проводу), и возникающим в результате электрическим током. Это стало известно как известный ныне закон Ома, на который мы все сегодня полагаемся.

Интересно отметить, что Ом представил свои открытия в своей первой книге «Гальваническая цепь, исследуемая математически», но колледж, в котором он работал в то время, не заботился об этом.Так что же сделал Ом? Он уволился и устроился на новую работу в Политехническую школу Нюрнберга. К счастью, именно здесь его работа привлекла заслуженное внимание.

Собираем все вместе с законом Ома

Хорошо, пришло время объединить все наши концепции. Вот с чем нам предстоит работать:

  • Напряжение (В) — это накопленная электроэнергия, которая может двигаться. Когда этот потенциал активируется, напряжение действует как своего рода давление, проталкивая ток по цепи.
  • Ток (I) — Поток электричества в цепи. Его можно измерить непосредственно в амперах, и есть две школы мысли о том, как протекает ток — обычный поток и электронный поток.
  • Сопротивление (R) — Сопротивление, с которым электричество сталкивается, просто протекая через какой-то физический материал. Измеряется в Ом.

Собирая все это вместе, мы приходим к закону Ома:

В этом уравнении V = напряжение, I = ток и R = сопротивление.Гибкость закона Ома впечатляет, и его можно использовать для нахождения любого из этих трех значений, когда известны только два из них. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это работает.

Использование треугольника Ома

Посмотрите на треугольник Ома ниже. Он дает простое и наглядное представление о том, как можно манипулировать законом Ома, чтобы получить нужные ответы. Чтобы использовать его, все, что вам нужно сделать, это скрыть букву значения, которое вам нужно выяснить, а оставшиеся буквы покажут вам, как этого добиться.

Треугольник Ома, ваш удобный инструмент, чтобы точно определить, какой вариант закона Ома необходимо использовать.

Взгляните на схему ниже. У нас есть батарея 9V, подключенная к светодиоду и резистору. Единственная проблема заключается в том, что нам нужно выяснить, каково значение резистора.

Наша тренировочная схема, чтобы познакомиться с законом Ома. Мы можем использовать известные значения ампер и вольт, чтобы получить значение резистора.

Для этого давайте посмотрим на треугольник нашего Ома.Закрыв R, мы видим, что у нас V над I или V, деленное на I. Итак, разделив эти два числа, мы получим номинал нашего резистора. Давайте подставим эти числа в это уравнение: R = V / I.

  • Начнем с самого очевидного, у нашей батареи напряжение 9 вольт.
  • Глядя на техническое описание нашего светодиода, мы можем увидеть рекомендуемый максимальный ток 16 мА (миллиампер), который преобразуется в 0,016 ампер.
  • Подставляя эти два числа в наше уравнение, мы получаем R = 9V / 0.016A, что равно 473,68. Это означает, что для включения светодиода нам понадобится резистор на 473 Ом!

Сопротивление бесполезно

Понимать, как напряжение, ток и сопротивление работают вместе, было не так уж сложно, не так ли? Мы надеемся, что в следующий раз, когда вы отправитесь на утреннюю пробежку, у вас будет новый взгляд на электричество. Почувствуйте, как ваши ноги летят по тротуару или грязи, и помните, что это сопротивление. А когда вы проверяете, как далеко вы пробежали, то наблюдаете за движущимся потоком! И та сила, которая вытащила вас из постели и заставила бежать? Напряжение.

Готовы сделать свою первую схему сегодня? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно!

Заряд и ток — Ток, напряжение и сопротивление — GCSE Physics (Single Science) Revision

Электрический ток — это скорость протекания электрического заряда. Ток не может течь, если цепь разорвана, например, когда выключатель разомкнут.

Электрический ток течет, когда электроны движутся через проводник, например металлический провод. Металлы — хорошие проводники электричества.

Электричество проходит через металлические проводники в виде потока отрицательно заряженных электронов.Электроны могут свободно перемещаться от одного атома к другому. Мы называем их морем делокализованных электронов .

Ток изначально определялся как поток зарядов от положительного к отрицательному. Позже ученые обнаружили, что ток на самом деле представляет собой поток отрицательно заряженных электронов от отрицательного к положительному. Они назвали исходное определение «обычным током», чтобы не путать его с более новым определением тока.

Расчетный ток

Величина электрического тока показывает скорость протекания электрического заряда.Вы можете рассчитать величину тока, используя следующее уравнение:

\ [ток ~ в ~ амперах = \ frac {заряд ~ ~ в ~ кулонах} {время ~ в ~ секундах} \]

или:

\ [I = \ frac {Q} {t} \]

где:

I — ток в амперах (амперах), A

Q — заряд в кулонах, C

t — время в секундах, с

Вопрос

Какой ток если 20 Кл заряда переходит за 5 с?

Показать ответ

Ток = 20 ÷ 5 = 4 A

L1: напряжение, ток и сопротивление

Содержание

  1. Краткий обзор
    1. Гидравлическая аналогия
    Что сейчас?
    1. Развитие интуиции в отношении тока
    2. Что такое обычный ток по сравнению сэлектронный поток?
    3. Общие рабочие токи в цепях
  2. Что такое напряжение?
    1. Более точное определение
    2. Общие рабочие напряжения
    3. Относительные напряжения и заземление
    4. Опасно: высокое напряжение!
    5. Как мы можем увеличить давление?
  3. Что такое электрическое сопротивление?
    1. Электрическое сопротивление
    2. Увеличение проводимости за счет увеличения обхвата провода
    3. Что такое резисторы?
  4. Некоторые общие вопросы
    1. Что такое короткое замыкание?
    2. Что такое обрыв?
    3. В чем разница между переменным и постоянным током?
  5. Activity
  6. Ресурсы
    1. Симуляторы цепей
    2. Текстовые ссылки в Интернете
    3. Ссылки на видео
  7. Следующий урок

В этом уроке мы узнаем о трех ключевых концепциях электричества1, текущих Напряжение и сопротивление , которые составляют основу электроники и схем.Мы также будем использовать онлайн-симулятор схем, чтобы поиграть с базовыми компонентами и углубить понимание.


ПРИМЕЧАНИЕ

Этот материал важен. В зависимости от вашего предыдущего опыта работы в области физики или инженерии, некоторые из этих концепций могут быть совершенно новыми и запутанными. Найдите время, чтобы понять (и перечитать) разделы — этот материал поможет вам понять , как работают схемы , и , как и , почему мы подключаем и используем электронные компоненты так, как мы.Но это также , а не курс схем или курс физики, поэтому я в основном сосредоточусь на том, что, по моему мнению, является наиболее важным для физических вычислений.


Краткий обзор

Итак, что такое напряжение, сила тока и сопротивление?

Короче говоря, напряжение «проталкивает» электронов через проводящий материал (, например, провод). Количество электронного потока называется током (измеряется в амперах). Некоторые материалы проводят ток лучше, чем другие.Резисторы специально разработаны для противодействия потоку электронов (сопротивление измеряется в омах).

Рисунок. Юмористическое, но полезное изображение взаимосвязи между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в омах). Желтый символ «вольт» пытается протолкнуть зеленый символ «усилитель» через трубку ( т. Е. провод), но красный символ «ом» препятствует этому, ограничивая размер трубки (затягивая веревку, уменьшение его обхвата).Источник изображения неизвестен, но в Интернете есть много примеров и альтернатив.

Какие единицы измерения напряжения, тока и сопротивления?

Так же, как мы измеряем вес в килограммах и температуру в градусах Цельсия, у нас также есть стандартные единицы измерения тока, напряжения и сопротивления (называемые единицами СИ в Международной системе единиц ). Мы будем часто использовать эти величины и измерения в физических вычислениях, поэтому уделите время изучению приведенной ниже таблицы.

(В \)
Количество Символ Единица измерения Аббревиатура единиц измерения
Ток \ (I \) Ампер (или Ампер) A
Напряжение В В
Сопротивление \ (R \) Ом Ом

Гидравлическая аналогия

В схемах мы часто используем гидравлические аналогии для облегчения понимания.Например, мы можем думать о напряжении как аналоге с давлением воды в водопроводной системе. Увеличение давления воды дает больше силы для продвижения молекул воды по трубам. Вода течет от высокого давления (приток) до низкого давления (из открытого клапана). Точно так же увеличение напряжения обеспечивает большую силу для «проталкивания» электронов с высокого электрического потенциала на низкого электрического потенциала через цепь.

Как более широкая водопроводная труба может пропускать больше воды, так и более толстый проводящий провод может пропускать больший ток. Препятствия в трубе, такие как песок или, что еще хуже, глина, могут замедлить течение воды. Эти препятствия похожи на резисторы, которые мы можем вставлять в цепи, чтобы препятствовать прохождению тока (резисторы — это электронные компоненты с менее смещаемыми электронами).

Электрический Гидравлический
Скорость потока Ток, ампер (колумб / сек) Скорость потока, галлонов в минуту (галлонов в минуту)
Напряжение, В Давление, фунтов на квадратный дюйм
Сопротивление Сопротивление, Ом (вольт / ампер) Сопротивление, фунтов на квадратный дюйм

Рисунок. Вот аналогия с гидравлической системой, которая немного отличается от описанной выше водопроводной системы. Здесь у нас есть резервуар для воды, наполненный водой с отверстием на дне: по мере увеличения уровня воды давление (напряжение) на воду на дне резервуара также увеличивается, что соразмерно увеличивает количество воды, вытекающей из дыра. Если мы увеличим размер отверстия (уменьшим сопротивление), будет течь больше воды (тока). Примечание: направление анимации показывает условного тока .Водная диаграмма основана на иллюстрации из книги Platt’s Make: Electronics .

Давайте углубимся в каждую из этих концепций, начиная с текущей.

Что сейчас?

Рисунок. Ток — это поток заряженных частиц, в данном случае электронов, через проводник. На приведенной выше анимации мы иллюстрируем «поток электронов» в виде пунктирной зеленой линии, которая течет от отрицательной клеммы батареи 9 В через светодиод и резистор, а затем обратно к батарее 9 В к ее положительной клемме.Обратите внимание, что это на самом деле противоположно потоку обычного тока , но мы вернемся к этому ниже. Анимация из инженерного мировоззрения.

Ток — это поток заряженных частиц через проводник. В цифровых схемах эти заряженные частицы представляют собой электронов, (отрицательно заряженные частицы), движимые электродвижущей силой (напряжением) для перехода от «высокого давления» к «низкому давлению» в цепи.

Электрический ток подобен току воды, движущемуся по трубе.Как и в случае с водой, где мы можем направлять поток воды по трубам различной конфигурации и использовать ее кинетическую энергию (, например, , вращая турбину), мы также можем использовать провода для направления потока электронов и использовать их для питания ламп, поворота двигатели, и т. д.

Чтобы измерить поток воды, мы могли бы подсчитать количество молекул воды, проходящих мимо данного поперечного сечения трубы за время \ (t \). Точно так же мы можем измерить электрический ток, «подсчитав» количество зарядов, протекающих по проводу.{19} \) электронов в секунду! “- вместо этого мы используем единицу измерения электрического тока в системе СИ, называемую ампер или ампер (A), что просто равно 1 столбцу в секунду:

\ [1 A = 1 C / s \]

Хотя вам не нужно этого делать при создании прототипов схем, вы, конечно, можете использовать эти формулы для расчета количества электронов, проходящих через поперечное сечение провода за время \ (t \). Мы делаем это ниже на изображении просто для иллюстративных целей: сколько электронов проходит через заданную точку за 3 секунды, если проводник переносит ток 2 А? Ответ: \ (6C \) (6 знаков) или \ (3.{19} \) электроны.

Используя приведенные выше формулы, мы можем рассчитать количество электронов, которые проходят через поперечное сечение провода за три секунды, если по проводу проходит ток 2А. Изображение из главы 2 книги «Практическая электроника для изобретателей » Шерца и Монка.

Создание интуиции для тока

Важно, как и в вашей домашней водопроводной системе, где вода мгновенно вытекает из крана, когда вы открываете клапан (например, за счет давления воды из водонапорной башни), так же мгновенно течет и ток. когда приложено напряжение (например, от аккумулятора).И, что очень важно, молекулы воды, которые касаются вашей руки, не проходят через вашу водопроводную систему в одно мгновение. Вместо этого ваши трубы полностью заполнены водой под давлением — так же, как проводящая проволока заполнена атомами. Когда вы открываете кран, молекулы воды, которые касаются ваших рук, являются молекулами, которые толкают кран этого крана (что-то вроде очереди «первым пришел — первым вышел»).

Это похоже на ток в цепи — атомы плотно упакованы в материал с вращающимися электронами.Когда подается напряжение, эти электроны начинают «прыгать» от одного атома к другому через проводник, но не мгновенно перемещаются от A к B (см. Видео).

Анимация прыжков зарядов (электронов) от атома к атому под действием приложенного напряжения. Это упрощенная модель, показывающая провод (проводник) толщиной всего в один атом, но помогающий проиллюстрировать каскадное движение электронов в потоке тока. Изображение из Что такое электричество? пользователя Sparkfun.com.

Другой способ думать о протекании тока — это как трубка, заполненная шариками встык.Если шарик вставлен слева, другой шарик немедленно выйдет из трубки справа. Несмотря на то, что каждый шарик проходит лишь небольшое расстояние, передача движения происходит почти мгновенно. В случае электричества общий эффект от одного конца проводника до другого происходит со скоростью света; однако каждый отдельный электрон проходит через проводник гораздо медленнее. Действительно, средняя скорость, с которой электроны движутся по проводу из-за приложенного электрического поля, например, от батареи, составляет порядка сантиметров в час (называемая скоростью дрейфа)!

Рисунок. Вы можете представить электроны, текущие по цепи, как шарики, плотно упакованные в трубку. Шарику не нужно пересекать всю трубу, чтобы создать движение. Вместо этого, когда шарик вставляется в левую сторону трубки, шарик с правой стороны мгновенно выходит. Изображение из All About Circuits. Смотрите также это видео от Afrotechmods.

Что такое обычный ток по сравнению с потоком электронов?

Рисунок. В приведенной выше анимации мы показываем одинаковых двух электрических цепей, но разницу между потоком электронов и текущим потоком .В цепях отрицательно заряженные частицы (электроны) перемещаются от отрицательных выводов батареи (или источника напряжения) к положительным — это называется потоком электронов ; однако при моделировании цепей (и использовании схемных формул) мы используем условный ток , который движется в противоположном направлении.

В электрических цепях мы используем условный ток для моделирования потока заряда от положительного вывода источника напряжения к отрицательному; однако электроны на самом деле движутся в направлении , противоположном направлению (это называется потоком электронов , ).Это вызывает большое недоумение!

Почему? Во всем виноват Бенджамин Франклин. В ранних экспериментах (середина 1740-х годов) Франклин определил, что электричество кажется «текущим», как если бы жидкость в твердом материале. Он предположил, что текущие заряды имеют положительный знак и перешли от положительного к отрицательному. Однако только в 1897 году сэр Джозеф Томсон определил, что реальным носителем заряда в проводе был электрон и что электроны движутся от катода (отрицательного) к аноду (положительному).

Рисунок. Франклин считал, что положительные носители заряда перемещаются в проводнике от положительного к отрицательному. Это называется направлением обычного тока , которое используется до сих пор. Вместо этого, как обнаружил Томсон, в проводнике (отрицательно заряженном) движутся электроны, переходящие от отрицательного к положительному. Это называется потоком электронов . Изображение из главы 2 книги «Практическая электроника для изобретателей » Шерца и Монка.

Несмотря на эту путаницу, оказывается, что пока вы последовательны, это не имеет значения: движение отрицательных электронов в одну сторону эквивалентно моделированию положительных зарядов, движущихся в другую.Итак, мы склонны использовать условный ток (моделирование потока заряда от положительного к отрицательному) в электронике (, например, в схемах, формулах, и т. Д. ). Математика все равно будет работать, и даже мнемоника, такая как правило правой руки, основана на обычном токе (наведите указатель на направление тока \ (I \), см. Направление электрического поля \ (B \)).

Общие рабочие токи в цепях

Когда вы начнете работать с физическими вычислениями, вы лучше поймете « Какой ток большой? vs.{17} \) электронов / сек.

Большинство USB-портов обеспечивают питание 5 В с максимальным током 0,5 А (500 мА). Некоторым электрическим компонентам, таким как двигатели или длинная цепочка светодиодных ламп, требуется больший ток (так называемые «сильноточные нагрузки»), чем может обеспечить микроконтроллер или порт USB. В этих случаях мы можем использовать внешний источник питания, управляемый транзистором.

Что такое напряжение?

Рисунок. Вы можете думать о напряжении как о том, что «толкает» электроны по цепи.Анимация из видео с объяснением напряжения, созданным компанией The Engineering Mindset.

Хорошо, так, если ток течет заряда в цепи? Что заставляет эти обвинения двигаться?

Подобно магнитам, заряды с одинаковым знаком отталкиваются друг от друга ( например, электрон отталкиваются друг от друга, потому что все они заряжены отрицательно), а заряды с противоположными знаками притягивают друг к другу ( например, электрон и протоны. ). Батарея использует химические реакции, чтобы вызвать накопление электронов на отрицательной клемме — это создает «давление» или электрическую разницу между двумя клеммами батареи.

Когда вы подключаете клеммы батареи (, т.е. замыкают цепь), поток электронов перестраивает этот дисбаланс с отрицательной клеммы на положительную. Но помните, что с обычным током мы моделируем движение заряда в другом направлении, поэтому мы показываем ток, идущий от положительного вывода к отрицательному; в этом случае мы называем заряды на положительном выводе имеющими высокую потенциальную энергию, а заряды на отрицательном выводе — как имеющие низкую потенциальную энергию.

Короче говоря, вы можете думать о напряжении как о давлении в водопроводной трубе: чем больше давление, тем больше воды проходит через трубу.Точно так же, увеличивая напряжение, мы можем «протолкнуть» больше электронов через провод.

Действительно, Википедия ссылается на Voltage как на «электрическое давление», «электродвижущую силу» и «разность электрических потенциалов», чтобы зафиксировать этот толкающий (или отталкивающий) эффект. Это разумное концептуальное приближение: вы можете думать о напряжении как о мере «давления», которое вызывает протекание тока. Между двумя компонентами, если существует разность электрических потенциалов 0 В, ток не будет течь.

Более точное определение

Точнее, напряжение — это работа, необходимая для переноса заряда из одного места в другое в электрическом поле. Напряжение дает нам представление о том, сколько «толкающей» силы имеет электрическое поле, и определяется как электрическая потенциальная энергия на единицу заряда (, например, электрон), которая измеряется в джоулях на столбец (вольты):

\ [ 1 \ V = 1 \ джоуль \ (из \ работы) / 1 \ кулон \ (из \ заряда) \]

Поскольку джоуль — это единица энергии , напряжение вводит очень важную и необходимую концепцию: потенциал делать работа ( эл.г., для питания лампочки, раскрутки мотора)!

Рисунок. Анимация, показывающая аналогию между электрической цепью и «водяной» цепью. В батарее электрический потенциал зарядов увеличивается по мере их движения к положительному выводу (более высокое напряжение) — этот потенциал падает по мере выполнения работы (, например, , протекает через резистор). Точно так же молекулы воды, перекачиваемые на более высокие высоты, имеют на более высокий потенциал для выполнения работы; этот потенциал уменьшается по мере того, как вода стекает на более низкие высоты или используется для выполнения работ ( e.г., раскрутить турбину). Обратите внимание, что в этих системах не теряются заряды (или молекулы воды), но потенциальная энергия этих частиц преобразуется в другие формы (, например, кинетическая, тепловая).

И точно так же, как мы можем использовать «энергию» проточной воды для выполнения работы — например, для вращения турбины — мы также можем использовать протекающий ток для выполнения работы. Когда электроны движутся по цепи и выполняют работу (приводят в движение двигатель, нагревают провод, включают свет), они начинают терять свой «электрический потенциал».См. Анимацию выше.

Стандартные рабочие напряжения

В цифровых схемах обычные рабочие напряжения относительно малы — например, 3,3 В или 5 В — по сравнению с напряжением, подаваемым вашей настенной розеткой (которое в США составляет 120 В!). Популярный микроконтроллер ESP32 работает от 3,3 В, а платы Arduino Uno и Arduino Leonardo работают от 5 В. Зарядное устройство для моего Apple iPhone выдает 5 В и может обеспечивать ток до 2 А. Важно отметить, что вы не хотите подавать напряжение, выходящее за пределы указанного входного напряжения электрического компонента, иначе вы рискуете повредить вещи.Поэтому очень важно, чтобы вы прочитали техническое описание компонента перед его использованием (что мы узнаем, как это сделать на следующих уроках).

Относительные напряжения и земля

По определению, напряжение — это разность электрического потенциала между двумя точками . Когда мы фактически начнем измерять напряжения в цепи (с помощью мультиметра), вы заметите, что мы не можем просто разместить в цепи один щуп. Вместо этого мы должны разместить два зонда в разных местах, чтобы измерить разницу напряжений между ними (также называемую падением напряжения ).

Для упрощения расчетов мы выбираем какую-либо точку в цепи — обычно точку с наименьшим электрическим потенциалом (, например, провод, подключенный к отрицательной клемме батареи) — как 0 вольт. Как отмечает Бартлетт (глава 4.3), « Эта« нулевая точка »имеет несколько названий, наиболее популярным из которых является земля (часто сокращенно GND ). Он называется заземлением, потому что исторически физическое заземление часто использовалось в качестве опорного напряжения для цепей .

Возвращаясь к аналогии гравитационного напряжения, сколько потенциальной энергии имеет скала, достигнув земли? Никто! Чтобы камень получил потенциальную энергию, нам нужно выполнить работу , чтобы поднять камень.

Опасно: высокое напряжение!

Вы могли видеть такие предупреждения, как: ОПАСНОСТЬ: ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ , но вы также могли слышать противоречивые фразы вроде « убивает не напряжение, а ток. «Как оба могут быть правдой?

Ну, в некотором смысле: они есть.Высокое напряжение может протолкнуть через ваше тело больше тока, чем низкое напряжение — и именно ток может сжечь ткани, затруднить контроль над мышцами и вызвать фибрилляцию сердца. Действительно, люди могут чувствовать, что через их тела проходят токи постоянного тока величиной 0,6–1,0 мА, токи 40–60 мА вызывают боль, а ток ~ 90 мА и более достаточен для остановки сердца / дыхания.

Но — и это важное но — наши тела обладают довольно высоким сопротивлением. И напряжения, с которыми мы работаем (обычно 3.3 В и 5 В) просто недостаточно высоки, чтобы «протолкнуть» ток через наши тела. Однако влажная кожа может снизить вашу сопротивляемость, а металлические украшения могут вызвать случайное короткое замыкание (и, возможно, термические ожоги). Так что будь осторожен.

Как правило, самая опасная электрическая вещь в вашем доме — это линейное напряжение, выходящее из ваших домашних розеток (120 В при 60 Гц в США и 240 В при 50 Гц во многих других странах). Никогда не открывайте какое-либо электронное устройство, пока оно подключено к сети, и даже в этом случае будьте осторожны (заряженные конденсаторы могут еще какое-то время поддерживать высокое напряжение).

Дополнительные сведения об электробезопасности см. В этой статье на AllAboutCircuits.com или в разделе «Безопасность» (глава 7.1) книги «Практическая электроника для изобретателей».

Вы также можете посмотреть это видео популярного ютубера ElectroBOOM, в котором исследуется его переносимость боли между переменным и постоянным током.

Как мы можем увеличить давление?

Аккумулятор имеет несбалансированный электрический заряд между положительным и отрицательным выводами. Когда цепь подключена, электрические заряды (электроны) текут, чтобы «исправить» этот дисбаланс.Чем больше дисбаланс (, то есть , тем выше напряжение), тем больше «толчок» и тем больше электронов течет (более высокий ток).

Если вы соедините две батареи последовательно (, т. Е. , сложите их вместе), вы увеличите их способность «толкать» электроны — действительно, вы суммируете напряжения батарей вместе. Итак, две стандартные щелочные батареи AA на 1,5 В, соединенные последовательно, будут иметь разность потенциалов 3 В, что может «протолкнуть» больше электронов по цепи — см. Анимацию ниже.

Рисунок. Когда вы подключаете батареи последовательно, вы увеличиваете «толкающую» силу — действительно, вы суммируете напряжения батарей (итого 1,5 В + 1,5 В = 3 В в сумме). Больше напряжения, больше давления. Чем больше давление, тем больше электронов «проталкивается» через цепь. Анимация из видео с объяснением напряжения, созданным компанией The Engineering Mindset.


ПРИМЕЧАНИЕ. БАЗОВЫЕ МОДУЛИ

По мере изучения и анализа электрических цепей важно обращать внимание на единиц . Базовая единица измерения напряжения — вольт (В), базовая единица измерения тока — амперы или амперы (А), а базовая единица сопротивления — омы (Ом).Как уже отмечалось, с цифровыми схемами мы часто работаем с напряжениями между 0-5 В (а иногда и 9 В или 12 В), но сила тока часто находится в миллиамперном диапазоне — например, 0,02 А или 0,1 А — и общие сопротивления включают 220 Ом, 1000 Ом, 2200 Ом. , и даже 10000 Ом. Однако обычно они записываются как 20 мА, 100 мА и 1 кОм, 2,2 кОм и 10 кОм соответственно. Таким образом, важно внимательно отслеживать единицы измерения и преобразовывать значения в базовые единицы для анализа. Подробнее об этом мы поговорим на уроке закона Ома.


Что такое электрическое сопротивление?

Рисунок. Когда электроны движутся через материал, они могут сталкиваться с некоторыми атомами или другими электронами. Эти столкновения создают сопротивление. На приведенной выше анимации обратите внимание на то, что у железной проволоки больше столкновений, чем у медной. Железо на ~ 17% электропроводнее, чем медь. При 20 ° C удельное электрическое сопротивление железа составляет 96,1 наноом-метра, а удельное сопротивление меди — 16,8 наноом-метра. Обратите внимание на ореол вокруг железной проволоки: это показано, как часть «кинетической» энергии или энергии движения электронов преобразуется в тепло или свет в результате этих столкновений.Действительно, вот как работают лампы накаливания, тостеры и электрические обогреватели! Анимация из видеофильма «Как работает электричество» от The Engineering Mindset.

При движении электронов в материале они могут сталкиваться с некоторыми атомами или другими электронами. Эти столкновения создают сопротивление электрическому току. Примечательно и важно то, что это сопротивление замедляет все движения заряда (тока) в цепи, а не только те заряды, которые проходят через резистивный материал.

Распространенная, но несовершенная аналогия для электрического сопротивления: механическое трение ; резистор преобразует электрическую энергию в тепловую (и вызывает падение напряжения) точно так же, как трение преобразует кинетическую механическую энергию в тепло.

В зависимости от атомного состава некоторые материалы имеют более низкое сопротивление, чем другие. Металлы, такие как серебро, медь и золото, являются хорошими проводниками — они предлагают низкое сопротивление — потому что они имеют слабосвязанные электроны во внешних оболочках своих атомов.Эти электроны легко перемещаются и с помощью приложенного электрического поля могут «выталкиваться» от атома к атому в материале с образованием тока.

В системе СИ единицей электрического сопротивления является ом (Ом). Прямая инверсия сопротивления — , проводимость . Материалы с низким сопротивлением называются проводниками . Напротив, такие материалы, как стекло, резина и воздух, обладают высоким сопротивлением и плохой проводимостью («низкая подвижность электронов») — эти материалы называются изоляторами .

Рисунок. На изображении показан медный провод с ПВХ изоляцией.

Сопротивление \ (R \) объекта определяется как отношение напряжения \ (V \) на нем к току \ (I \) через него, в то время как проводимость \ (G \) является обратной величиной:

\ ( R = \ frac {V} {I} \), \ (G = \ frac {1} {R} \)

При достаточном напряжении (давлении) почти любой материал может проводить электрический ток (даже воздух, как видно из молния). Сопротивление (или проводимость) провода зависит не только от типа материала, но также от его температуры и размера (как длины, так и толщины).Короче говоря, для металлической проволоки сопротивление падает с увеличением диаметра проволоки или температуры. И сопротивление увеличивается с увеличением длины провода.

Википедия дает прекрасную аналогию на водной основе:

«прохождение тока через материал с высоким сопротивлением похоже на проталкивание воды по трубе, заполненной песком. Напротив, пропускание тока через материал с низким удельным сопротивлением похоже на проталкивание воды через пустую трубу. Если трубы одинакового размера и формы, у трубы, заполненной песком, будет более высокое сопротивление потоку.Однако сопротивление определяется не только наличием или отсутствием песка. Это также зависит от длины и ширины трубы: короткие или широкие трубы имеют меньшее сопротивление, чем узкие или длинные трубы ».

Чтобы помочь наглядно проиллюстрировать эту идею, профессор Сквайер создал несколько полезных эскизов — см. Подпись для более подробной информации:

Рисунок. Продолжая наши аналогии с водой: представьте две трубы, заполненные резистивными материалами, одну — гравием (меньшее сопротивление), а другую — глиной (большее сопротивление).Обе трубы имеют равное количество воды под давлением (напряжением), «проталкивая» воду через них. Труба с меньшим сопротивлением (гравий) будет иметь больший поток воды (ток). Изображение из учебника по электричеству профессора Ричарда Сквайера.

Электрическое сопротивление

Поскольку сопротивление — это не только внутреннее свойство материала (, например, на основе его атомного состава), но также основанное на форме и размере материала, мы используем электрическое сопротивление \ (\ rho \) , который не зависит от размеров материала (при условии, что температура постоянна).

Более конкретно, при постоянной температуре удельное электрическое сопротивление \ (\ rho \) провода можно рассчитать по формуле:

\ (\ rho = R {\ frac {A} {\ ell}} \),

где \ (R \) — электрическое сопротивление однородного образца материала, \ (ℓ \) — длина образца, а \ (A \) — площадь поперечного сечения образца. Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — ом-метры (Ом · м).

Подобно сопротивлению и проводимости, мы также можем описать сопротивление в терминах его обратной величины, которая равна проводимости \ (\ sigma \):

\ [\ sigma = \ frac {1} {\ rho} \]

В системе СИ проводимость измеряется в сименсах на метр (См / м).{-14}

Увеличение проводимости путем увеличения обхвата провода

Как отмечалось выше, мы можем увеличить проводимость провода на , увеличив его диаметр («труба большего размера» для протекания тока). Снова опираясь на нашу аналогию с водой: точно так же, как труба большего диаметра может выдерживать большее количество воды, так и более толстая проволока может поддерживать больший поток.

Поскольку диаметр проволоки очень важен для допустимой нагрузки по току, существует стандартизированная система измерения.В США мы используем систему American Wire Gauge или AWG. Провод диаметром 5,2 мм (AWG 4) имеет ток 59,6 А. Для сравнения: стандартный провод для прототипирования схемы (0,64 мм или AWG 22) — см. Рисунок ниже — имеет допустимую нагрузку по току 0,9 А.

Рисунок. Пример одножильного провода AWG, обычно используемого при прототипировании схем. Коробка с проволокой слева стоит 29,95 доллара за десять 25-футовых катушек от Adafruit.

Как ни странно, увеличивающиеся числа AWG обозначают уменьшающиеся диаметры провода (и, как ни странно, калибры AWG всегда целые, но могут быть меньше 1 с ‘0’, ’00’ или даже ‘000’ для очень толстого провода) .

Если пропустить через провод ток, превышающий его допустимую емкость, он начнет нагреваться и, в конечном итоге, сгорит. Ведь именно так устроены предохранители для работы! Предохранители содержат тонкие провода, которые защищают вашу цепь от опасно высокого тока и «сгорают», чтобы мгновенно отключить вашу цепь (создавая «разрыв цепи»), если приложен большой ток. Затем вы можете заменить предохранитель, что намного дешевле и проще, чем замена вашего электрического устройства или прибора. В Интернете есть много отличных видеороликов об этом, в том числе здесь и здесь.

Рисунок. Если мы попытаемся пропустить через провод большой ток и превысить его пропускную способность (например, путем подключения источника высокого напряжения), то провод нагреется и может вызвать пожар. Это может произойти почти мгновенно, что является принципом действия предохранителя (показан выше). Предохранитель спроектирован так, чтобы сгорать, тем самым отключая вашу цепь при подаче очень большого тока. Видео с Robinson Auto.

Что такое резисторы?

Рисунок. На этой анимации показано, как резистор можно разместить между двумя проводами, чтобы уменьшить ток. Обратите внимание, как электроны свободно проходят по медному проводу. С резистором эти электроны «сталкиваются» с другими атомами и самими собой, что ограничивает поток электронов (а также преобразует некоторую энергию в тепло). Анимация из инженерного мировоззрения.

Резисторы — это специально разработанные электрические компоненты, которые ограничивают ток с определенной скоростью в зависимости от их состава материала и конструкции.В схемах мы размещаем резисторы между компонентами, чтобы снизить ток. Зачем нам ограничивать ток? Короче говоря, для защиты компонентов в нашей цепи, которым требуется более низкий ток (например, светодиодов).

Точно так же, как падение давления после перегиба шланга, также есть падение напряжения после резистора. То есть электрические заряды перед резистором имеют более высокий электрический потенциал, чем заряды после него.

Некоторые общие вопросы

Прежде чем перейти к следующему уроку, давайте рассмотрим некоторые общие вопросы.

Что такое короткое замыкание?

Рисунок. Короткое замыкание — это когда есть путь с нулевым сопротивлением обратно к источнику питания. Это никогда не бывает хорошо! Анимация сделана в среде моделирования Phet.

Короткое замыкание — это замыкание с нулевым сопротивлением между двумя сторонами источника питания, например, если положительная и отрицательная клеммы аккумулятора напрямую соприкасаются. Это плохо, и этого следует избегать. Короткое замыкание может вызвать чрезмерный ток, привести к сгоранию компонентов, воспламенению или даже к взрыву.Вот видео о закорачивании четырех батареек AA, новостной сюжет о том, как начался пожар в результате короткого замыкания двух батарей 9 В, и сообщение Stack Exchange о замыкании одной щелочной батареи AA.

Когда мы строим схемы, мы, очевидно, не пытаемся создать замыкания , но они могут, случайно, произойти. Например, мы можем непреднамеренно подключить источник 5 В к земле, соприкоснуться двумя проводами или даже случайно соединить две точки в цепи с помощью отвертки или другого металлического инструмента.При работе с вашей схемой всегда убедитесь, что она отключена от сети , чтобы предотвратить случайное замыкание во время сборки.

Как узнать, что что-то закорочено? Вы можете почувствовать запах гари или прикоснуться к проводу или другому горячему электрическому компоненту. Если это произойдет — а это в конечном итоге произойдет со всеми нами — немедленно отключите источник питания!

Обратите внимание, что ваш USB-порт и микроконтроллеры Arduino имеют определенный уровень защиты от короткого замыкания. Например, если вы начнете потреблять слишком много тока от USB, он (надеюсь) автоматически отключится.И в ваших домах, конечно же, есть встроенные «автоматические выключатели», которые автоматически срабатывают при потреблении избыточного тока (например, при коротком замыкании). Посмотрите, как автоматический выключатель работает в замедленном режиме, здесь и здесь.

Когда срабатывает автоматический выключатель, он создает разрыв цепи , который мы опишем далее!

Что такое обрыв?

В то время как замкнутая цепь представляет собой полную цепь («круг» для тока), разомкнутая цепь — это неполная цепь .Например, когда нет пути от положительной клеммы аккумулятора к отрицательной. Это может произойти намеренно (, например, из-за размыкания переключателя) или непреднамеренно (, например, цепь отключается из-за перегорания предохранителя).

Рисунок. Замкнутый контур — это когда отсутствует путь между положительной и отрицательной клеммами вашего источника питания. Это неполная схема. Анимация сделана в среде моделирования Phet.

В чем разница между переменным и постоянным током?

Цифровые схемы используют постоянный ток (DC), который питается от батарей или адаптеров переменного тока, которые преобразуют переменный ток из сетевой розетки в постоянный ток, используемый зарядными устройствами телефона или ноутбука.

На YouTube есть много отличных видеороликов, объясняющих разницу между переменным и постоянным током, например, от AddOhms и от KEMET Electronics.

Activity

Чтобы лучше понять общие рабочие напряжения / токи, мы хотели бы, чтобы вы задокументировали входные напряжения / ток переменного тока и выходные напряжения / ток постоянного тока устройств в вашем доме. Выберите пять устройств и сделайте снимок устройства и его адаптера переменного / постоянного тока с видимой рабочей информацией о переменном / постоянном токе (если вы не можете найти эту наклейку, она может быть на самом устройстве, что тоже нормально).В свои журналы прототипирования включите эти изображения вместе с таблицей рабочих входных / выходных напряжений / тока и кратким описанием того, что вы обнаружили.

Рисунок. Вот пример входа переменного и постоянного тока трех устройств в моем доме.

Ресурсы

Имитаторы схем

Мы рекомендуем следующие имитаторы основных схем (они не предназначены для расширенного анализа):

  • Falstad’s CircuitJS.Полностью бесплатная веб-платформа с открытым исходным кодом для моделирования схем с анимацией схем.
  • EveryCircuit.com. Подобно CircuitJS в поддержке имитированных анимаций текущего, но более мощного (а также не бесплатного, хотя есть бесплатная пробная версия). Нет никакого «проводного» компонента; вам нужно щелкнуть один узел, а затем другой узел, чтобы установить соединение.
  • Circuitlab.com. Более традиционный симулятор схем, который не так доступен для новичков / производителей. Вы можете использовать пробную версию, но количество схем, которые вы можете создать, ограничено без платной учетной записи.

Текстовые онлайн-ссылки

  • Глава 2: Схема Thoery, Scherz & Monk, Практическая электроника для изобретателей, 4-е издание
  • Основные электрические величины: ток, напряжение, мощность
  • Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома, Sparkfun .com
  • Electric Resistance and Conductance, Wikipedia
  • Electromotive Force, opentextbc.ca

Видео ссылки

  • Введение в разность потенциалов и напряжение, Khan Academy
  • Электроника для начинающих, афротехмоды.com
  • Voltage, Current, Resistance, mathandscience.com
  • Что такое закон Ома ?, mathandscience.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.