Для чего нужно сопротивление в цепи: Что такое резистор и для чего он нужен в электрической цепи

Содержание

1. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи

Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока (который позволяет плавно менять напряжение), амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединённого к спирали вольтметра (схема этой цепи показана рядом, прямоугольником условно обозначен проводник).

 

 

Замкнём цепь и отметим показания приборов. Затем при помощи источника тока плавно изменим напряжение (лучше всего увеличить его вдвое). Напряжение на спирали при этом тоже увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. Увеличивая напряжение в \(3\) раза, напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько же раз увеличивается сила тока.
Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нём. Другими словами:

 

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Эту зависимость можно изобразить графически. Её называют зависимостью силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника.

 

 

Включая в электрическую цепь источника тока различные проводники и амперметр, можно заметить, что при разных проводниках показания амперметра различны, т.е. сила тока в данной цепи различна.

 

 

Графики тоже будут отличаться.

 

 

Вольтметр, поочерёдно подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение. Значит, сила тока в цепи зависит не только от напряжения, но и от свойств проводников, включённых в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.


 

Обрати внимание!

Электрическое сопротивление — физическая величина. Обозначается оно буквой R.

За единицу сопротивления принимают \(1\) ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах \(1\)

вольт сила тока равна \(1\) амперу.

Кратко это записывают так: 1 Ом =1 В1 А.Применяют и другие единицы сопротивления: миллиом (мОм), килоом (кОм), мегаом (МОм).

 

\(1\) мОм = \(0,001\) Ом;

\(1\) кОм = \(1000\) Ом;

\(1\) МОм = \(1 000 000\) Ом.

 

Причина сопротивления заключается в следующем: электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла. При этом замедляется упорядоченное движение электронов, и сквозь поперечное сечение проводника проходит за \(1\) с меньшее их число. Соответственно, уменьшается и переносимый электронами за \(1\) с заряд, т.е. уменьшается сила тока. Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление. Итак:

 

Обрати внимание!

Причиной сопротивления является взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки.

Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту.

 

 

На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже приведены результаты опытов с тремя различными проводниками.

 

Напряжение на концах проводника, ВСопротивление проводника, ОмСила тока в цепи, А

\(2\)

\(1\)

\(2\)

\(2\)

\(2\)

\(1\)

\(2\)

\(4\)

\(0,5\)

Обобщая результаты опытов, приходим к выводу, что:

 

Обрати внимание!

Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома — по имени немецкого учёного Георга Ома, открывшего этот закон в \(1827\) году.
Закон Ома читается так:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

И записывается так:

 

I=UR,

 

где \(I\) — сила тока в участке цепи, \(U\) — напряжение на этом участке, \(R\) — сопротивление участка.

Зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах может быть показана графически:

 

 

 

Найти сопротивление экспериментально можно несколькими способами:

 

 

Где  — обозначение омметра в цепи (или мультиметра в режиме измерения сопротивления).

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://xn--h2adlho.xn--g1ababalj7azb.xn--p1ai/375/
http://radiolove.ucoz.com/index/ne_znaesh_zakona_oma_sidi_doma/0-8

Что такое сопротивление | Самое простое объяснение

Что такое сопротивление?

Сопротивление (электрическое сопротивление) – это свойство какого-либо проводника оказывать сопротивление электрическому току, проходящему через него.

Вот так все просто!

Давайте проведем аналогию с гидравликой. В нашем случае получается, что проводник электрического тока – это шланг или труба. Теперь давайте подумаем, какой из предметов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды: садовый шланг или нефтяная труба?

Понятное дело, что садовый шланг, так как его диаметр в разы меньше, чем диаметр нефтяной трубы.

Тогда другой вопрос. Какой шланг будет обладать бОльшим сопротивлением потоку воды с учетом того, что их длины и диаметры равны?

Разумеется, гофрированный. Вода будет “цепляться” за его стенки, что приведет к тому, что они будут мешать потоку воды.

Тогда еще вот такая задачка. Есть два абсолютно одинаковых шланга, но один длиннее, а другой короче. Какой из шлангов будет оказывать бОльшее сопротивление потоку воды?

Думаю тот, который длиннее. Ответ очевиден.

Сопротивление проводника


Так почему бы все эти свойства не применить также к проводнику? Чем тоньше и длиннее проводник, тем больше его сопротивление электрическому току. Большую роль играет также материал, из которого он изготовлен.

Поэтому, окончательная формула будет принимать вид

формула сопротивления проводника

 

В технике до сих пор применяется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом × мм2 /м.  Чтобы перевести  в Ом × м, достаточно умножить на 10-6, так как 1 мм2=10-6 м2

удельное сопротивление веществ

Как вы видите из таблицы выше, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому провод из серебра будет наилучшим проводником. Ну а самым распространенными и дешевыми проводниками являются медь и алюминий. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.

Вещества, которые оказывают наименьшее сопротивление электрическому току и обладают очень малым сопротивлением называются проводниками, а вещества, которые обладают ну очень большим сопротивлением электрическому току и почти его не пропускают через себя, называются диэлектриками. Между ними стоит класс полупроводников.

Что такое сопротивление 1 Ом?

Проводник обладает сопротивлением 1 Ом, если на его концах напряжение составляет 1 Вольт при силе тока, проходящей через него в 1 Ампер.

сопротивление 1 Ом

Это самое простое объяснение, что такое 1 Ом. В электротехнике и электронике сопротивление обозначается буквой R .

Как найти сопротивление в цепи?

Его можно узнать из закона Ома, который связывает силу тока, напряжение и сопротивление. В этом случае, оно рассчитывается по формуле

формула сопротивления через закон Ома

где

R – сопротивление, Ом

U – напряжение на концах проводника, Вольты

I – сила тока, текущая через проводник, Амперы

То есть нам достаточно замерить напряжение на концах какого-либо проводника и измерить силу тока, проходящую через него. После применить формулу и рассчитать сопротивление проводника.  Давайте для закрепления решим простую задачу.

Задача

Рассчитать сопротивление проводника, если известно, что на него подают напряжение 5 Вольт и сила тока, проходящая через него 0,1 Ампер.

Решение

Используем формулу

В электронике и электротехнике используют специальные радиоэлементы, которые обладают сопротивлением электрическому току – резисторы. Более подробно про них можно прочитать в этой статье.

постоянные резисторы

 

Также вот вам видео, где очень умный преподаватель объясняет, что такое сопротивление

 

Близкие темы к этой статье

Электрический проводник

Напряжение

Сила тока

Резисторы

Закон Ома

Входное и выходное сопротивление

Реостаты. Виды и устройство. Работа и особенности. Применение

Во многих электронных устройствах для регулирования громкости звука необходимо изменять силу тока. Рассмотрим устройство (реостаты), с помощью которого можно изменять силу тока и напряжение.

Сила тока зависит от напряжения на концах участка цепи и от сопротивления проводника: I=U/R. Если изменять сопротивление проводника R, тогда будет меняться сила тока.

Сопротивление зависит от длины L, от площади поперечного сечения S и от материала проводника – удельного сопротивления. Для того чтобы изменять сопротивление проводника, нужно менять длину, толщину или материал. Весьма удобно изменять длину проводника.

Разберем цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра и проводника в виде резистора АС из проволоки с большим удельным сопротивлением.

Перемещая контакт С по этой проволоке, можно менять длину проводника, которая задействована в цепи, тем самым изменять сопротивление, а значит, и силу тока. Следовательно, можно создать устройство с переменным сопротивлением, с помощью которого можно изменять силу тока. Такие устройства имеют название реостатами.

Реостат – это устройство с изменяемым сопротивлением, которое служит для регулировки силы тока и напряжения.

Устройство реостата

На цилиндр, выполненный из керамики, намотан металлический проводник, который сделан из материала с большим удельным сопротивлением. Сделано это для того, чтобы при небольшом изменении длины существенно менялось сопротивление. Этот металлический провод называется обмоткой. Он так называется, потому что намотан на керамический цилиндр.

Концы обмотки выведены к зажимам, которые называются клеммами. В верхней части реостата есть металлический стержень, который тоже заканчивается клеммами. Вдоль металлического стержня и вдоль обмотки может перемещаться скользящий контакт, который называется ползунком. Так как скользящий контакт имеет такое название, то подобный реостат называется ползунковым реостатом.

Принцип действия

Ползунковый реостат подсоединен в цепь через две клеммы: нижнюю с обмотки и верхнюю клемму, там, где металлический стержень. При подключении его в цепь, таким образом, ток через нижнюю клемму проходит по виткам обмотки, а не поперек витков. Далее ток проходит через скользящий контакт, потом по металлическому стержню, и опять в цепь.

Таким образом, в цепи задействована только часть обмотки реостата. Когда ползунок перемещается, то меняется сопротивление той части обмотки реостата, которая находится в цепи. Изменяется длина обмотки, сопротивление и сила тока в цепи.

Необходимо обратить внимание, что ток в той части реостата, по которой он проходит, идет по каждому витку обмотки, а не поперек них. Это достигается тем, что витки обмотки изолированы между собой тонким слоем изоляционного материала. Разберемся, как осуществляется контакт между витками обмотки и ползунком.

При движении по обмотке ползунок движется по ее верхнему слою, который имеет зачищенный участок изоляции на пути ползунка. Так осуществляется контакт между ползунком и витком обмотки. Между собой витки изолированы.

На схеме изображена цепь с источником тока, выключателем, амперметром и ползунковым реостатом. При перемещении ползунка реостата меняется его сопротивление и сила тока в цепи.

Ползунковый реостат можно подключать к цепи при помощи двух клемм: верхней и нижней. Но реостаты подключаются и по-другому.

Реостат можно подключить через три клеммы. Две нижние клеммы соединяются с концами обмотки, и один провод с верхней клеммы. Напряжение подается на всю обмотку, а снимается напряжение только с части обмотки. Ползунок делит реостат на два резистора, которые соединены последовательно.

Общее напряжение равно сумме напряжений каждого резистора. Поэтому выходное напряжение меньше входного значения. Выходное напряжение меньше, чем входное во столько раз, во сколько сопротивление части обмотки меньше, чем сопротивление всей обмотки. То есть, реостат делит напряжение, и называется делителем напряжения или потенциометром.

Виды и особенности реостатов
Реостат в виде тора

Два крайних зажима – это концы обмотки, а средний зажим соединен с ползунком. Вращая ползунок по обмотке, можно изменить сопротивление и сила тока в цепи.

Рычажные реостаты

Они получили такое название, потому что в его нижней части находится переключатель – рычаг. С помощью него можно включать разные части спирали резисторов. На рисунке показан принцип работы рычажного реостата.

Рычажный реостат изменяет силу тока скачкообразно, в то время как ползунковый реостат меняет силу тока плавно. Если в цепи будет присутствовать резистор, то при перемещении ползунка на ползунковом реостате или при переключении рычага рычажного реостата будет меняться сила тока и напряжение на концах резистора.

Штепсельные

Такие устройства состоят из магазина сопротивлений.

Это набор различных сопротивлений. Они называются спирали-резисторы. При помощи штепселя можно включать или выключать разные спирали-резисторы. Когда штепсель находится в перемычке, то больший ток идет через перемычку, а не через резистор. Таким образом, резистор отключается. Используя штепсель, можно получать разные сопротивления.

Материалы и охлаждение
Основным элементом в устройстве реостата является материал изготовления, по виду которого реостаты делятся на несколько видов:
  • Угольные.
  • Металлические.
  • Жидкостные.
  • Керамические.
Электрический ток в сопротивлениях преобразуется в тепловую энергию, которая должна каким-то образом отводиться от них. Поэтому реостаты также делятся по типу охлаждения:
  • Воздушные.
  • Жидкостные.

Жидкостные реостаты разделяются на водяные и масляные. Воздушный вид используется в любых конструкциях приборов. Жидкостное охлаждение применяется только для металлических реостатов, их сопротивления омываются жидкостью, либо полностью в нее погружены. Нельзя забывать, что охлаждающая жидкость также должна охлаждаться.

Металлические реостаты

Это конструкция реостата с воздушным охлаждением. Такие модели приобрели популярность, так как легко подходят для различных условий работы своими электрическими, тепловыми характеристиками, а также формой конструкции. Они бывают с непрерывным или ступенчатым типом регулировки сопротивления.

В устройстве имеется подвижный контакт, скользящий по неподвижным контактам, расположенным в этой же плоскости. Неподвижные контакты выполнены в виде винтов с плоскими головками, пластин или шин. Подвижный контакт называется щеткой. Он бывает мостиковым или рычажным.

Такие виды реостатов делят на самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся. Последний вид имеет простую конструкцию, но ненадежен в применении, так как контакт часто нарушается.

Масляные

Устройства с масляным охлаждением повышают теплоемкость и время нагревания вследствие хорошей теплопроводности масла. Это делает возможным повышение нагрузки на небольшое время, снижает расход материала изготовления сопротивления и габариты корпуса реостата.

Детали, погружаемые в масло, должны иметь значительную поверхность для хорошей отдачи тепла. В масле увеличиваются возможности контактов на отключение. Это является преимуществом такого вида реостатов. Благодаря смазке на контакты можно прилагать повышенные усилия. К недостаткам можно отнести риск возникновения пожара и загрязнение места установки.

Похожие темы:

Демпфирующие сопротивления и их применение

Демпфирующие сопротивления — это класс сопротивлений, предназначенных для ограничения тока в электрической цепи и/или для предотвращения роста силы тока или напряжения свыше установленных пределов. Демпфирующими, в частности, считаются сопротивления, которые применяются в цепях фильтров. 

Цепи фильтров, в которые включены демпфирующие сопротивления, применяются для предотвращения негативных воздействий на сети энергосистем. Например, большие индукционные плавильные печи на алюминиевых или сталеплавильных заводах создают гармоники. Для предотвращения их воздействие на сеть применяются фильтры (преимущественно Т-образные или L-образные). Резонансная цепь на входе питания среднего напряжения, состоящая из последовательного соединения емкостного и индуктивного сопротивлений, нагружает гармоники и демпфирует их.

Чтобы избежать опасных коммутационных перенапряжений на катушке индуктивности и увеличить полосу пропускания резонансной цепи, катушка индуктивности L демпфируется сопротивлением R.

Обычно благодаря конструкции фильтра уже токи I0…n основной волны, f0..n гармонической и значение сопротивления уже установлены.

Тогда мощность сопротивления рассчитывается по формуле:

Или уже заданы общая величина мощности сопротивления и значение сопротивления. Эти значения используются при расчете силы тока и напряжения по продольной оси UL = UR:

В момент включения в зависимости от положения вектора напряжения практически весь ток нагрузки конденсатора проходит через сопротивление. При этом необходимо учитывать резко увеличиваемую нагрузку, которую примерно можно рассчитать по формуле:

zu berücksichtigen ist.

Сопротивления фильтров: конструктивные исполнения

Сопротивления фильтров выполняются на основе стальных решетчатых сопротивлений (раздел 2 данного каталога).

При этом необходимое число элементов собираются в один или несколько блоков и монтируются в одной или нескольких монтажных рамах в зависимости от изоляции, необходимой для напряжения в системе.

Монтажные рамы устанавливаются на опорные изоляторы без корпуса или в корпусе — в зависимости от требуемой степени защиты. Сопротивления в корпусах могут выполняться на изоляторах с незаземленными или заземленными корпусами.

Данные для заказа

  • Напряжение в системе
  • Напряжение изоляции (базовый уровень изоляции)
  • Номинальная мощность или силы тока
  • Ток включения и длительность
  • Значение сопротивления
  • Допуск на производство
  • Допуск на охлаждение/теплоту
  • Высота установки над уровнем моря

Подробнее ознакомиться cо статьей «Дeмпфирующий резистор».

Загрузки

Проспект «Дeмпфирующий резистор»
Открыть файл (381 кбайт)

вверх страницы

Сопротивление электрической цепи человека — Справочник химика 21

    Воздействие электрического тока на организм человека. Электрический ток, проходящий через тело человека, представляет большую опасность для его здоровья и жизни. Он может вызывать тяжелые ожоги, а прохождение тока через жизненно важные органы человека (мозг, сердце) вызывает паралич дыхания и остановку сердца. В последнем случае опасность представляет даже ток силой 0,01 а. Величина тока, прошедшего через тело человека, зависит от напряжения и сопротивления электрической цепи, одним звеном которой является человек. При влажной коже и плотном контакте с проводником сопротивление может быть относительно небольшим, поэтому уже невысокое напряжение может представлять опасность. [c.15]
    Опасность прикосновения человека к неизолированным токоведущим частям определяется значением тока, проходящего через его тело, т. е. напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. В условиях технологических цехов напряжение прикосновения зависит от напряжения сети, ее схемы, режима нейтрали, схемы включения человека в цепь, степени изоляции токоведущих частей от земли. В сопротивление электрической цепи человека входят сопротивление тела человека, сопротивление обуви, пола или грунта, на котором он стоит. При любом однофазном включении человека в цепь он касается пола или грунта, поэтому сопротивление опорной поверхности существенно влияет на значение тока, проходящего через человека. Вместе с тем в процессе эксплуатации оборудования нельзя полностью рассчитывать на защитные свойства опорных поверхностей, которые в случае повреждений могут потерять электрическое сопротивление, весьма высокое в нормальном состоянии. [c.574]

    Сопротивление электрической цепи человека [c.203]

    Существенно влияет на исход поражения путь прохождения тока через тело человека. Наиболее опасными являются пути токаз руки — ноги, рука —рука, руки — туловище, так как в втих случаях более вероятно поражение сердца и органов дыхания менее опасен путь тока нога —нога. Опасность поражения переменным током существенно зависит от его частоты, так как с увеличением частоты изменяется величина сопротивления тела человека. Наиболее опасен ток промышленной частоты 50 Гц. Характер включения человека в замкнутую. электрическую цепь также определяет исход поражения электрическим током, о чем сказано в следующем параграфе. [c.41]

    Особенно трудно оценить возможную величину электрического сопротивления тела человека. Ошибка в определении сопротивления электрической цепи достигает в отдельных случаях 200—300%, Однако, зная напряжение сети, в которой произошла электротравма, можно определить величины поражающего тока и напряжения. Определение этих величин даже с такой ошибкой крайне важно, поскольку, основываясь на этих данных, можно установить, отличается ли напряжение сети или электрооборудования от поражающего напряжения. [c.16]


    Характер и исход поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов величины тока и напряжения, сопротивления тела человека, вида тока и частоты переменного тока, характера подключения человека в электрическую цепь, пути тока через организм, [c. 39]

    Опасность прикосновения человека к неизолированным токо-ведущим частям определяется значением тока, проходящего через его тело, т. е. напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. [c.202]

    Значение тока, проходящего через человека, при известном напряжении прикосновения зависит от сопротивления электрической цепи человека, в которое входят сопротивление его тела, сопротивление обуви, пола или грунта, на котором он стоит. [c.203]

    Степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят от того, как человек прикоснулся к токоведущим частям (рис. 8). Если человек замыкает своим телом два фазных провода действующей установки (рис. 8, а), он попадает под полное линейное напряжение сети. Сопротивление электрической цепи при этом состоит из сопротивления переходу тока через кожу [c.34]

    Кожа обладает наибольшим сопротивление.м, поэтому наблюдаются преимущественно кожные ожоги (70— 80%). Однако при большой частоте тока. могут быть и ожоги внутреннего характера, даже без заметного повреждения кожной поверхности. Ожоги с тяжелыми исходами наблюдаются преимущественно при воздействии электрического тока напряжением выше 1000 В, когда включение человека в электрическую цепь происходит не при соприкосновении его с токоведущими частя.ми, а через электрическую дугу. [c.19]

    Следует отметить, что основным фактором, определяющим степень поражения, является сила тока, проходящего через организм человека. Она зависит от напряжения в сети и сопротивления цепи поражения (сопротивления человеческого тела, переходного сопротивления от тела к земле и из земли в электрическую цепь). Сопротивление человеческого тела колеблется в широ- [c.20]

    Поражение электрическим током. Электрический ток. может вызвать поражения внешние (ожоги) и внутренние, при которых возможны остановка дыхания и прекращение работы сердца. Если человек соприкоснется с 1 оголенным проводом (однополюсное соприкосновение), может произойти замыкание электрической цепи на землю через его тело. Наиболее опасно двухполюсное прикосновение, когда человек касается сразу 2 оголенных проводов. Сила тока, проходящего через тело человека, тем больше, чем меньше сопротивление тела, которое зависит от состояния кожи, площади и плотности контакта с токоведущими частями, электрической изоляции от земли. [c.588]

    Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15—20 В) колеблется от 3 до 100 кОм, а при удалении от верхнего слоя кожи падает до 0,004—1 кОм. В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты учитывают активное сопротивление тела человека, которое принимают равным 1 кОм. В действительности это сопротивление является нелинейным и зависит от параметров электрической цепи, состояния кожи, состояния окружающей среды и т. д. [c.35]

    При переменном токе промышленной частоты за расчетное принимают активное сопротивление тела человека, равное 1 кОм. В действительных условиях сопротивление тела одного и того же человека не является постоянной величиной. Оно зависит от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, состояния окружающей среды и др. Так, различные повреждения верхнего слоя кожи (порезы, царапины, ссадины), увлажнение ее водой или потом, а также загрязнение различными веществами, хорошо проводящими ток (большинство химических веществ, металлическая или угольная пыль и др.), резко снижают общее сопротивление тела человека. Кроме того, сопротивление тела зависит от площади и места контакта. Наименьшее сопротивление электриче-10 [c.10]

    Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием под разность потенциалов и возникновением замкнутой электрической цепи, одним из элементов которой является человек. Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опасных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов, находящихся под напряжением. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет силу тока замыкания на землю, а значит, и силу тока, проходящего через человека. В сетях с заземленной нейтралью при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, приводящие к замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие их контакта с нетоковедущими частями, оказавшимися под напряжением. [c.52]

    При любом однофазном включении в цепь человек касается пола или грунта. Поэтому сопротивление опорной поверхности оказывает сушественное влияние на значение тока, проходящего через человека. Вместе с тем в процессе эксплуатации оборудования нельзя рассчитывать полностью на защитное значение опорных поверхностей, которые в нормальном состоянии имеют весьма высокое электрическое сопротивление. [c.204]

    Защитное действие заземления состоит в уменьшении тока, проходящего через тело человека при соприкосновении с корпусом машины, оказавшимся под напряжением. Человек включается в электрическую цепь параллельно заземлению чем больше сопротивление человека по сравнению с сопротивлением заземления, тем меньший ток потечет по телу человека (рис. 40). [c.176]

    Хотя действие электрического тока на организм характеризуется его силой, практически измерить эту величину можно лишь в эксперименте В условиях ре ального поражения значения действующих токов могут быть только вычислены, для чего необходимо знать на пряжение цепи и сопротивление тела человека Опре деление минимального значения сопротивления тела человека необходимо также для решения важнейшего вопроса электробезопасности каковы минимальные значения напряжений, которые при включении в цепь [c.100]

    В случае прикосновения к токоведущим частям электрооборудования человека поражает электрический ток, если через его тела замыкается электрическая цепь. Это просходит при прикосновении не менее чем к двум точкам цепи, между которыми есть напряжение, так называемое напряжение прикосновения. Ток, проходящий через тело человека, определяется напряжением прикосновения и сопротивлением электрической цепи человека. [c.41]

    Если корпус (нетоковедущая часть) заземлен, то ток замыкается на землю по двум параллельным ветвям — через за-землитель и через тело человека соответственно сопротивлениям системы заземления и электрической цепи человека. Напряжение прикосновения при этом будет зависеть от расстояния человека до заземлителя. Непосредственно над заземлителем оно равно нулю. По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения возрастает до максимального значения, равного напряжению относительно земли. [c.204]

    Случайное прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, и, как следствие, прохождение через него электрического тока могут иметь самый различный исход, определяемый электрическими параметрами как сети, так и человеческого тела. Приближенно можно считать, что степень поражения эдектриче-ским током определяется силой тока, которая является функцией напряжения, сопротивления цепи (в том числе и самого организма) (табл. 35). [c.229]

    При прикосновении к системе с изолированной (неза-земленной) нейтралью (рис. 8, в) в электрическую цепь кроме сопротивления самого человека, его обуви и пола включается сопротивление изоляции проводов других фаз. [c. 36]

    В качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты учитьгаают активное сопротивление тела человека, которое принимают равным 1 кОм. В действительных условиях сопротивление тела одного и того же человека не является постоянной величиной. Оно изменяется в зависимости от состояния кожи, параметров электрической цепй, физиологических факторов, состояния окружающей среды и др. [c.8]

    Степень опасности поражения электрическим током зависит от напряжения и условий, при которых человек оказался под напряжениехМ. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных провода и оказаться под полным напряжением сети. Сопротивлением для электрического тока в данном случае является только тело человека. В случае прикосновения к одному проводу, находящемуся под напряжением, человек оказывается под напряжением, действующим между проводом и землей. В этом случае сопротивлением в цепи, кроме тела человека, оказываются обувь, деревянные решетки, коврики.[c.48]

    Поражение человека электрическим током происходит в том случае, когда он замыкает своим телом цепь электрического тока (рис. 85). Степень опасности поражения электрическим током зависит от напря ния и условий, при которых человек оказался под напряжением. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных или один фазный и нулевой провода и таким образом оказаться под напряжением. Сопротивлением для электрического тока в обоих случаях является только тело человека. Это значит, что тело человека пропустит ток большой силы, что нанесет ему тяжелую травму. Возможен и другой случай, когда человек случайно прикоснется к одному фазному проводу, находящемуся под напряжением. В этом случае сопротивлением для прохождения тока является тело человека, его обувь, решетка или коврики, на которых он стоит. Если машинист при этом не имеет под ногами решетки или резинового коврика, ему грозит тяжелая электротравма. Большую опасность для маишниста представляет прикосновение к токоведущим частям или незаземленному корпусу оборудования с электроприводом, оказавшемуся случайно под напряжением.[c.137]


Измерение сопротивления и тока короткого замыкания цепи фаза нуль »

Зачем измерять сопротивление фаза-нуль

 

Сопротивления цепи фаза нуль это полное сопротивление проводников тока от места измерения до трансформаторной подстанции. Для измерения сопротивления петли использовали прибор ИФН-300 с заводской поверкой. Чем меньше сопротивление тем лучше, тем больший ток может протекать от подстанции до потребителя. На сопротивление фаза нуль влияет качество затяжки проводов в клемниках, сечение проводов, сопротивление на автоматах, длина проводов, сопротивление обмотки трансформатора на подстанции. Сравнивая сопротивление в розетках, можем определить, где проводка и соединение качественное, а где нужно проверить проводку.

    

Второе главное назначение измерения сопротивления цепи фаза нуль это вычисление предполагаемого тока короткого замыкания. Ток короткого замыкания вычисляется по формуле: напряжение делить на полное сопротивления цепи, в современных приборах вычисляется автоматически. Знать ток нужно, чтобы понять правильно ли выбран автоматический выключатель. Например в частном доме далеко от подстанции сопротивление линии большое, ток короткого замыкания будет около 100 А. Если установлен автомат на 25 А типа С, то мгновенный (электромагнитный) расцепитель сработает только при пяти кратном превышении тока равным 125 А. А максимальный ток при коротком замыкании только 100 А, тогда при замыкании проводка будет греться, может загореться пока в автомате не сработает биметаллический размыкатель. Автомат в данном случае должен стоять на 16 А типа B и C.

 

Буквы в названии модульных автоматов которые крепятся на din рейку время-токовая характеристика автоматического выключателя означает, что мгновенный электромагнитный расцепитель сработает:

  • B при 3…5 кратном превышении номинального тока;
  • С при 5…10 кратном превышении номинального тока;
  • D при 10…20 кратном превышении номинального тока.

 

В электрических сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью ток короткого замыкания должен быть больше тока отключения мгновенного расцепителя автоматического выключателя в 3 раза согласно ПТЭЭП пункт 3. 6. Время отключения автоматического выключателя в сетях 220 В должно быть не более 0,4 с.

 

 

Измерив предполагаемый ток короткого замыкания в удлинителе получили, что ток короткого замыкания через удлинитель меньше, чем в розетке на 100 А. Это говорит о низкой мощности удлинителя из-за малого сечении проводов и некачественных контактов.

Резистор. Падение напряжения на резисторе. Мощность. Закон Ома — МикроПрогер

Итак, резистор… Базовый элемент построения электрической цепи.

Работа резистора заключается в ограничении тока, протекающего по цепи. НЕ в превращении тока в тепло, а именно в ограничении тока. То есть, без резистора по цепи течет большой ток, встроили резистор – ток уменьшился. В этом заключается его работа, совершая которую данный элемент электрической цепи выделяет тепло.

 

Пример с лампочкой

Рассмотрим работу резистора на примере лампочки на схеме ниже. Имеем источник питания, лампочку, амперметр, измеряющий ток, проходящий через цепь. И Резистор. Когда резистор в цепи отсутствует, через лампочку по цепи побежит большой ток, например, 0,75А. Лампочка горит ярко. Встроили в цепь резистор —  у тока появился труднопреодолимый барьер, протекающий по цепи ток снизился до 0,2А. Лампочка горит менее ярко. Стоит отметить, что яркость, с которой горит лампочка, зависит так же и от напряжения на ней. Чем выше напряжение — тем ярче.

Ограничение тока резистором

 

Кроме того, на резисторе происходит падение напряжения. Барьер не только задерживает ток, но и «съедает» часть напряжения, приложенного источником питания к цепи. Рассмотрим это падение на рисунке ниже. Имеем источник питания на 12 вольт. На всякий случай амперметр, два вольтметра про запас, лампочку и резистор. Включаем цепь без резистора(слева). Напряжение на лампочке 12 вольт. Подключаем резистор — часть напряжения упала на нем. Вольтметр(снизу на схеме справа)  показывает 5В. На лампочку остались остальные 12В-5В=7В. Вольтметр на лампочке показал 7В.

Падение напряжение на резисторе

Разумеется, оба примера являются абстрактными, неточными в плане чисел и рассчитаны на объяснение сути процесса, происходящего в резисторе.

 

Основная характеристика резистора — сопротивление. Единица измерения сопротивления — Ом (Ohm, Ω). Чем больше сопротивление, тем больший ток он способен ограничить, тем больше тепла он выделяет, тем больше напряжения падает на нем.

 

Основной закон всего электричества. Связывает между собой Напряжение(V), Силу тока(I) и Сопротивление(R).

V=I*R

Интерпретировать эти символы на человеческий язык можно по-разному. Главное — уметь применить для каждой конкретной цепи. Давайте используем Закон Ома для нашей цепи с резистором и лампочкой, рассмотренной выше, и рассчитаем сопротивление резистора, при котором ток от источника питания на 12В ограничится до 0,2.  При этом считаем сопротивление лампочки равным 0.

V=I*R    =>     R=V/I    =>    R= 12В / 0,2А   =>   R=60Ом

 Итак. Если встроить в цепь с источником питания и лампочкой, сопротивление которой равно 0, резистор номиналом 60 Ом, тогда ток, протекающий по цепи, будет составлять 0,2А.

 

Микропрогер, знай и помни! Параметр мощности резистора является одним из наиболее важных при построении схем для реальных устройств.

Мощность электрического тока на каком-либо участке цепи равна произведению силы тока, протекающую по этому участку на напряжение на этом участке цепи. P=I*U. Единица измерения 1Вт.

При протекании тока через резистор совершается работа по ограничению электрического тока. При совершении работы выделяется тепло. Резистор рассеивает это тепло в окружающую среду. Но если резистор будет совершать слишком большую работу, выделять слишком много тепла — он перестанет успевать рассеивать вырабатывающееся внутри него тепло, очень сильно нагреется и сгорит. Что произойдет в результате этого казуса, зависит от твоего личного коэффициента удачи.

Характеристика мощности резистора — это максимальная мощность тока, которую он способен выдержать и не перегреться.

 

Рассчитаем мощность резистора для нашей цепи с лампочкой. Итак. Имеем ток, проходящий по цепи(а значит и через резистор), равный 0,2А. Падение напряжения на резисторе равно 5В (не 12В, не 7В, а именно 5 — те самые 5, которые вольтметр показывает на резисторе). Это значит, что мощность тока через резистор равна P=I*V=0,2А*5В=1Вт. Делаем вывод: резистор для нашей цепи должен иметь максимальную мощность не менее(а лучше более) 1Вт. Иначе он перегреется и выйдет из строя.

 

Соединение резисторов

Резисторы в цепях электрического тока имеют последовательное и параллельное соединение.

 

Последовательное соединение резисторов

При последовательном соединении общее сопротивление резисторов является суммой сопротивлений каждого резистора в соединении:

Последовательное соединение резисторов

 

 

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении общее сопротивление резисторов рассчитывается по формуле:

Параллельное соединение резисторов

 

Остались вопросы? Напишите комментарий. Мы ответим и поможем разобраться =)

Автор публикации

не в сети 7 месяцев

wandrys

877 Комментарии: 0Публикации: 27Регистрация: 17-03-2016

Что такое сопротивление — Основные понятия »Электроника

Электрическое сопротивление является одним из ключевых атрибутов электрической цепи — оно определяет ток, протекающий при заданном напряжении.


Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


Есть три основных измерения, которые могут быть выполнены в электрической цепи. Первые два — напряжение и ток, а третье — сопротивление.

Поскольку электрическое сопротивление является основным понятием в электрических и электронных цепях, необходимо ответить на несколько вопросов: что такое сопротивление, что такое резисторы и как сопротивление влияет на цепи.

Подборка резисторов с постоянными выводами

Что такое сопротивление?

Прежде чем смотреть, что такое сопротивление, необходимо немного понять, что такое ток и что это такое. По сути, течение тока в материале состоит из движения электронов в одном направлении.Во многих материалах в структуре беспорядочно перемещаются свободные электроны. Хотя они перемещаются случайным образом, текущего потока нет, потому что число, движущееся в одном направлении, будет равно количеству, движущемуся в другом. Только когда потенциал вызывает дрейф в определенном направлении, можно сказать, что ток течет.

Что такое сопротивление

Сопротивление — это препятствие для потока электронов в материале. В то время как разность потенциалов в проводнике поощряет поток электронов, сопротивление препятствует этому.Скорость прохождения заряда между двумя терминалами является комбинацией этих двух факторов.

Если в цепь помещены два разных проводника, то величина тока, протекающего в каждом, может быть разной. На это есть ряд причин:

  1. Во-первых, это легкость, с которой электроны могут перемещаться внутри структуры материала. Если электроны плотно связаны с кристаллической решеткой, их будет нелегко вытащить, так что электроны могут дрейфовать в определенном направлении.В других материалах очень много свободных электронов, беспорядочно дрейфующих по решетке. Именно эти материалы позволяют легче течь току.
  2. Еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление объекта, является его длина. Чем короче материал, тем ниже его общее сопротивление.
  3. Третье — это площадь поперечного сечения. Чем шире площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление, так как больше площади, через которую может проходить ток.

В большинстве случаев требуется, чтобы проводники пропускали ток с минимально возможным сопротивлением.В результате медь широко используется, потому что ток легко течет внутри ее структуры. Кроме того, его площадь поперечного сечения сделана достаточно широкой, чтобы пропускать ток без чрезмерного сопротивления.

В некоторых случаях необходимы элементы, препятствующие прохождению тока. Эти элементы называются резисторами, и они сделаны из материалов, которые не проводят электричество, а также из таких материалов, как медь или другие металлы.

Аналог сопротивления

Понятие сопротивления не всегда легко понять, потому что невозможно визуально увидеть задействованные величины: напряжение, ток и сопротивление сами по себе являются довольно невидимыми величинами для невооруженного глаза, хотя их можно обнаружить и измерить различными способами. способами.

Одна аналогия, которая помогает представить понятие сопротивления, — это резервуар для воды с трубой, ведущей из него. Хотя мы не хотим заходить слишком далеко в этой аналогии, она помогает объяснить основную концепцию.

Аналогия с резервуаром для воды и трубой для иллюстрации концепции сопротивления

В этой аналогии давление воды, вызванное, но высота воды аналогична напряжению, поток воды аналогичен току, а ограничение воды поток, вызываемый трубой, аналогичен сопротивлению.

Добавление крана уменьшает поток воды, и это аналогично увеличению сопротивления.

Видно, что если труба была сужена или добавлен кран, поток воды будет еще больше ограничен и будет течь меньше воды. Это было бы аналогично увеличению сопротивления в электрической цепи, и это уменьшило бы ток.

Простая схема, показывающая напряжение и сопротивление

В простой схеме, состоящей из батареи или источника напряжения и резистора, если предположить, что соединительные провода не имеют сопротивления, то чем выше сопротивление, тем меньше будет протекать ток.

Кран аналогично водяной системе соответствует изменению сопротивления резистора. Когда ответвление выключено, это эквивалентно выключению любого тока, протекающего в электрическую цепь.

Соотношение между сопротивлением, напряжением и током

Из аналогии с системой резервуаров для воды можно представить, что увеличение напряжения в электрической цепи увеличивает уровень протекающего тока.

Аналогичным образом уменьшение сопротивления также увеличивает уровень тока.

На самом деле существует взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током. Зная две из переменных, можно вычислить третью.

Связь между сопротивлением, напряжением и током известна как закон Ома и является одним из фундаментальных соотношений в электротехнике и электронике.


Обозначение сопротивления

Как уже упоминалось, основной единицей электрического сопротивления является Ом. Это часто обозначается греческим символом Ω.

В дополнение к этому к базовой единице можно добавить множители. Это связано с тем, что диапазон значений электрического сопротивления может охватывать многие десятилетия, и необходимо иметь простую запись, которая не полагается на подсчет количества нулей в числе, поскольку это легко может привести к ошибкам.

Множитель Значение Имя
R шт. Ом, Ом
к тыс. кОм, кОм
M миллионов МОм, МОм

Иногда встречаются сопротивления менее одного ома, они измеряются в миллиомах (м) тысячных долях ома.

Обычно, когда сопротивления указываются на электронной схеме, они обозначаются как 10R для резистора на десять Ом, 10 кОм для резистора на десять тысяч Ом и 10 МОм для резистора на десять МОм. Причина этого в том, что греческую букву омега использовать не так просто, как префиксы R, k и M.

Что такое резисторы?

Для ограничения тока в конкретной цепи можно использовать компонент, известный как резистор. Резисторы бывают самых разных форм: от крупных проводных компонентов или даже с использованием клемм до очень маленьких компонентов для поверхностного монтажа, используемых сегодня во многих электронных схемах.

Резисторы

могут быть изготовлены из различных материалов, включая углерод, оксид металла, металлическую пленку, резистивный провод и тому подобное. Резисторы могут быть разных форматов — разные типы резисторов имеют немного разные характеристики, и это означает, что они могут использоваться в разных схемах.

Выбор правильного типа резистора может помочь схеме работать так, как она задумана. Хотя резистор с сопротивлением 10 кОм будет иметь одинаковое сопротивление независимо от того, из чего он сделан, такие характеристики, как температурная стабильность, шум, долговременная стабильность, паразитная индуктивность и тому подобное, могут быть разными для разных типов, и это может повлиять на производительность в некоторых схемах. .

Примечание по резисторам и типам резисторов:
Резисторы

используются в электрических и электронных схемах для различных целей, но в каждом случае они препятствуют прохождению тока. Существует много различных типов резисторов — их параметры означают, что некоторые типы более подходят для определенных приложений, чем другие.

Подробнее о Резисторы и типы резисторов

Сводка сопротивления

При работе с любыми электрическими и электронными цепями необходимо знать, что такое сопротивление и как сопротивление влияет на цепь.Ввиду важности сопротивления в схемах широко используются резисторы, возможно, наиболее часто используемые компоненты в электронных схемах. Эти компоненты очень просты в использовании, и связанные с ними вычисления обычно просты.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение Текущий Сопротивление Емкость Мощность Трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия».. .

Закон Ома: сопротивление и простые цепи

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните происхождение закона Ома.
  • Рассчитайте напряжения, токи или сопротивления по закону Ома.
  • Объясните, что такое омический материал.
  • Опишите простую схему.

Что движет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, розетки и т. Д., Которые необходимы для поддержания тока.Все такие устройства создают разность потенциалов и условно называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В, , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке прямо пропорционален приложенному напряжению :

[латекс] I \ propto {V} \\ [/ латекс].

Это важное соотношение известно как закон Ома . Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, подобный закону трения — явление, наблюдаемое экспериментально. Такая линейная взаимосвязь возникает не всегда.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение увеличивает ток, что ему мешает? Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R .Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление обратно пропорционально току, или

.

[латекс] I \ propto \ frac {1} {R} \\ [/ latex].

Так, например, при удвоении сопротивления ток уменьшается вдвое. Комбинируя отношения тока к напряжению и тока к сопротивлению, получаем

[латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ латекс].

Это соотношение также называется законом Ома.Закон Ома в такой форме действительно определяет сопротивление определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не универсален. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими . К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление R , которое не зависит от напряжения В и тока I . Объект с простым сопротивлением называется резистором , , , , даже если его сопротивление невелико.Единица измерения сопротивления — Ом, и обозначается символом Ω (заглавная греческая омега). Перестановка I = V / R дает R = V / I , и поэтому единицы сопротивления равны 1 Ом = 1 вольт на ампер:

[латекс] 1 \ Omega = 1 \ frac {V} {A} \\ [/ латекс].

На рисунке 1 показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Можно предположить, что провода, соединяющие источник напряжения с резистором, имеют незначительное сопротивление, или их сопротивление можно включить в R .

Рис. 1. Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь прохождения тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими), соединяющими нагрузку с выводами батареи, представленной красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет собой единственный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 1. Расчет сопротивления: автомобильная фара

Какое сопротивление проходит у автомобильной фары? 2.50 А при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Мы можем изменить закон Ома в соответствии с формулой I = V / R и использовать его для определения сопротивления.

Раствор

Перестановка I = V / R и замена известных значений дает

[латекс] R = \ frac {V} {I} = \ frac {\ text {12} \ text {.} \ Text {0 V}} {2 \ text {.} \ Text {50 A}} = \ text {4} \ text {.} \ text {80 \ Omega} \\ [/ latex].

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше хладостойкости фары. Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампа имеет меньшее сопротивление при первом включении и потребляет значительно больший ток во время короткого периода прогрева.

Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 10 12 Ом или более. Сопротивление сухого человека может составлять 10 5 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет примерно 10 3 Ом.Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление 10 −5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомичны). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление». Дополнительное понимание можно получить, решив I = V / R для V , что дает

В = ИК

Это выражение для В можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, вызванное протеканием тока I . Фраза IR drop часто используется для этого напряжения. Например, фара в Примере 1 выше имеет падение IR на 12,0 В. Если напряжение измеряется в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывая ток — поток заряда. Резистор похож на трубу, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления.Здесь сохранение энергии имеет важные последствия. Источник напряжения подает энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, тепловую энергию). В простой схеме (с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, так как PE = q Δ V , и через каждую из них протекает тот же q . Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Подключение: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. Здесь о сохранении энергии свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним резистором. Мы обнаружим, что сохранение энергии имеет и другие важные применения в схемах и является мощным инструментом анализа схем.

Исследования PhET: закон Ома

Посмотрите, как уравнение закона Ома соотносится с простой схемой. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменяется ток по закону Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

  • Простая схема — это схема , в которой есть один источник напряжения и одно сопротивление.
  • Одно из утверждений закона Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой цепи как [латекс] I = \ frac {V} {R} \\ [/ latex] .
  • Сопротивление выражено в единицах Ом (Ом), относящихся к вольтам и амперам на 1 Ом = 1 В / А.
  • На резисторе имеется падение напряжения или IR , вызванное протекающим через него током, равным V = IR .

Концептуальные вопросы

  1. Падение напряжения IR на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе.Изменится ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.
  2. Как падение IR в резисторе похоже на падение давления в жидкости, протекающей по трубе?

Задачи и упражнения

1. Какой ток протекает через лампочку фонаря на 3,00 В, когда ее горячее сопротивление составляет 3,60 Ом?

2. Вычислите эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через которую протекает ток 0,200 мА.

3.Каково эффективное сопротивление стартера автомобиля, когда через него проходит 150 А, когда автомобильный аккумулятор подает на двигатель 11,0 В?

4. Сколько вольт подается для работы светового индикатора DVD-плеера с сопротивлением 140 Ом при прохождении через него 25,0 мА?

5. (a) Найдите падение напряжения на удлинителе с сопротивлением 0,0600 Ом, через который проходит ток 5,00 А. (b) Более дешевый шнур использует более тонкую проволоку и имеет сопротивление 0.300 Ом. Какое в нем падение напряжения при протекании 5.00 А? (c) Почему напряжение на любом используемом приборе снижается на эту величину? Как это повлияет на прибор?

6. ЛЭП подвешена к металлическим опорам со стеклянными изоляторами, имеющими сопротивление 1,00 × 10 9 Ом. Какой ток протекает через изолятор при напряжении 200 кВ? (Некоторые линии высокого напряжения — постоянного тока.)

Глоссарий

Закон Ома:
— эмпирическое соотношение, указывающее, что ток I пропорционален разности потенциалов V , ∝ V ; его часто записывают как I = V / R , где R — сопротивление
сопротивление:
электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, R = V / I
Ом:
единица сопротивления, равная 1Ω = 1 В / A
омическое:
тип материала, для которого действует закон Ома
простая схема:
схема с одним источником напряжения и одним резистором

Избранные решения проблем и упражнения

1. 0,833 А

3. 7,33 × 10 −2 Ом

5. (а) 0,300 В

(б) 1,50 В

(c) Напряжение, подаваемое на любой используемый прибор, уменьшается, поскольку общее падение напряжения от стены до конечного выхода прибора является фиксированным. Таким образом, если падение напряжения на удлинителе велико, падение напряжения на приборе значительно уменьшается, поэтому выходная мощность прибора может быть значительно уменьшена, что снижает способность прибора работать должным образом.

Сопротивление | Основные понятия электричества

Схема из предыдущего раздела не очень практична. На самом деле, строительство может быть довольно опасным (прямое соединение полюсов источника напряжения с помощью одного куска провода). Причина, по которой это опасно, заключается в том, что величина электрического тока может быть очень большой в таком коротком замыкании , а выделение энергии может быть очень значительным (обычно в виде тепла). Обычно электрические цепи строятся таким образом, чтобы максимально безопасно использовать высвобождаемую энергию на практике.

Ток, протекающий через нить накала лампы

Одним из практических и популярных способов использования электрического тока является электрическое освещение. Самая простая форма электрической лампы — это крошечная металлическая «нить» внутри прозрачной стеклянной колбы, которая накаляется добела («накаливается») тепловой энергией, когда через нее проходит достаточный электрический ток. Как и аккумулятор, он имеет две токопроводящие точки подключения: одна для входа тока, а другая — для выхода. Схема электрической лампы, подключенная к источнику напряжения, выглядит примерно так:

Когда ток проходит через тонкую металлическую нить накала лампы, он встречает большее сопротивление движению, чем обычно в толстом куске провода.Это сопротивление электрическому току зависит от типа материала, его площади поперечного сечения и температуры. Технически он известен как сопротивление . (Можно сказать, что у проводников низкое сопротивление, а у изоляторов очень высокое сопротивление. ) Это сопротивление служит для ограничения количества тока, протекающего по цепи с заданным значением напряжения, подаваемого батареей, по сравнению с «коротким замыканием», когда у нас не было ничего, кроме провода, соединяющего один конец источника напряжения (батареи) с другим.Когда ток движется против сопротивления сопротивления, возникает «трение». Точно так же, как механическое трение, трение, создаваемое током, протекающим против сопротивления, проявляется в виде тепла. Концентрированное сопротивление нити накала лампы приводит к тому, что на нити рассеивается относительно большое количество тепловой энергии. Этой тепловой энергии достаточно, чтобы нить накаливания стала раскаленной добела, производя свет, в то время как провода, соединяющие лампу с батареей (которые имеют гораздо меньшее сопротивление), едва ли нагреваются при проведении такого же количества тока.Как и в случае короткого замыкания, если целостность цепи нарушена в какой-либо точке, ток прекращается по всей цепи. Если лампа установлена, это означает, что она перестанет светиться:

Как и раньше, при отсутствии протекания тока весь потенциал (напряжение) батареи доступен через разрыв, ожидая возможности соединения, чтобы перемыть этот разрыв и позволить току снова течь. Это состояние известно как разрыв цепи , , когда разрыв цепи предотвращает ток повсюду.Все, что требуется, — это один разрыв цепи, чтобы «разомкнуть» цепь. После повторного подключения любых разрывов и восстановления непрерывности цепи это называется замкнутой цепью , .

Основа для переключения ламп

То, что мы видим здесь, является основой для включения и выключения ламп дистанционными выключателями. Поскольку любой разрыв непрерывности цепи приводит к остановке тока по всей цепи, мы можем использовать устройство, предназначенное для преднамеренного разрыва этой непрерывности (так называемый переключатель ), установленное в любом удобном месте, к которому мы можем провести провода, для управления протекание тока в цепи:

Таким образом выключатель, установленный на стене дома, может управлять лампой, установленной в длинном коридоре или даже в другой комнате, вдали от выключателя. Сам переключатель состоит из пары токопроводящих контактов (обычно сделанных из какого-либо металла), соединенных между собой механическим рычажным приводом или кнопкой. Когда контакты соприкасаются друг с другом, ток может течь от одного к другому, и устанавливается непрерывность цепи. Когда контакты разделены, ток от одного к другому предотвращается воздушной изоляцией между ними, и целостность цепи нарушается.

Рубильник

Возможно, лучший вид переключателя, который можно показать для иллюстрации основного принципа, — это «рубильник»:

Рубильник — это не что иное, как токопроводящий рычаг, свободно поворачивающийся на шарнире, вступающий в физический контакт с одной или несколькими неподвижными точками контакта, которые также являются токопроводящими.Переключатель, показанный на приведенной выше иллюстрации, построен на фарфоровой основе (отличный изоляционный материал) с использованием меди (отличный проводник) для «лезвий» и точек контакта. Ручка сделана из пластика, чтобы изолировать руку оператора от токопроводящего лезвия переключателя при его открытии или закрытии. Вот еще один тип рубильника, с двумя неподвижными контактами вместо одного:

Конкретный рубильник, показанный здесь, имеет одно «лезвие», но два неподвижных контакта, что означает, что он может замыкать или размыкать более одной цепи.На данный момент это не так важно, чтобы знать, просто основная концепция того, что такое переключатель и как он работает. Рубильные переключатели отлично подходят для иллюстрации основного принципа работы переключателя, но они представляют определенные проблемы безопасности при использовании в электрических цепях большой мощности. Открытые проводники рубильника делают случайный контакт с цепью, и любая искра, которая может возникнуть между движущимся ножом и неподвижным контактом, может воспламенить любые находящиеся поблизости горючие материалы.Большинство современных конструкций переключателей имеют подвижные проводники и точки контакта, закрытые внутри изолирующим корпусом, чтобы уменьшить эти опасности. Фотография нескольких современных типов переключателей показывает, что механизмы переключения гораздо более скрыты, чем в конструкции ножа:

Открытые и закрытые цепи

В соответствии с терминологией «разомкнутой» и «замкнутой» цепей, переключатель, который устанавливает контакт от одной клеммы подключения к другой (пример: рубильник с лезвием, полностью касающимся неподвижной точки контакта), обеспечивает непрерывность подачи тока в протекает и называется переключателем закрыто .И наоборот, выключатель, который нарушает целостность цепи (пример: рубильник с лезвием , не касающийся неподвижной точки контакта), не пропускает ток, и называется выключателем с разомкнутым контактом . Эта терминология часто сбивает с толку новичков, изучающих электронику, потому что слова «открытый» и «закрытый» обычно понимаются в контексте двери, где «открытый» приравнивается к свободному проходу, а «закрытый» — к блокировке. В случае электрических переключателей эти термины имеют противоположное значение: «открытый» означает отсутствие потока, а «закрытый» означает свободное прохождение электрического тока.

ОБЗОР:

  • Сопротивление — это мера сопротивления электрическому току.
  • Короткое замыкание представляет собой электрическую цепь, оказывающую небольшое сопротивление току или не имеющее его. Короткие замыкания опасны для источников питания высокого напряжения, так как возникающие высокие токи могут вызвать выделение большого количества тепловой энергии.
  • Разрыв цепи — это цепь, в которой непрерывность нарушена из-за прерывания пути прохождения тока.
  • Замкнутая цепь — это замкнутая цепь с хорошей непрерывностью во всем.
  • Устройство, предназначенное для размыкания или замыкания цепи в контролируемых условиях, называется переключателем .
  • Термины «разомкнут», и «замкнут», относятся как к переключателям, так и ко всем цепям. Открытый переключатель — это переключатель без непрерывности: ток не может течь через него. Замкнутый переключатель — это переключатель, который обеспечивает прямой (с низким сопротивлением) путь прохождения тока.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Попробуйте наш калькулятор сопротивления в разделе Инструменты .

Сопротивление

СОПРОТИВЛЕНИЕ

Прочитав этот раздел, вы сможете сделать следующее:

  • Определите сопротивление и способы его измерения.
  • Обсудите сходство между сопротивлением провода и сопротивления шланга для воды.

Есть еще одно важное свойство, которое можно измерить в электрических системах. Это сопротивление , которое измеряется в единицах, называемых Ом . Сопротивление — это термин, который описывает силы, которые препятствуют прохождению электронного тока в проводнике. Естественно, все материалы обладают некоторым сопротивлением потоку электронного тока. Мы не нашли способа сделать проводники без сопротивления.

Если мы используем нашу аналогию с водой, чтобы показать сопротивление, представьте себе шланг, который частично забит песком.Песок замедлит поток воды в шланге. Можно сказать, что шланг с заглушкой имеет большее сопротивление потоку воды, чем шланг без заглушки. Если мы хотим получить больше воды из шланга, нам нужно будет увеличить давление воды в гидранте. То же самое и с электричеством. Материалы с низким сопротивлением легко пропускают электричество. Материалы с более высоким сопротивлением требуют большего напряжения (ЭДС) для протекания электричества.

Научное определение единицы Ом. — это величина электрического сопротивления, которое существует в электрической цепи, когда один ампер тока течет с одним вольт , приложенным к цепи.

Сопротивление хорошее или плохое?

Сопротивление может быть как хорошим, так и плохим. Если мы пытаемся передать электричество из одного места в другое через проводник, сопротивление в проводнике нежелательно. Сопротивление заставляет часть электрической энергии превращаться в тепло, поэтому часть электрической энергии теряется по пути. Однако именно сопротивление позволяет нам использовать электричество для получения тепла и света. Тепло, выделяемое электрическими нагревателями, или свет, который мы получаем от лампочек, возникает благодаря сопротивлению.В лампочке электричество, протекающее через нить накала или крошечные провода внутри лампы, заставляет их светиться добела. Если бы не удалить весь кислород изнутри колбы, провода сгорели бы.

Здесь важно отметить, что сопротивление более высокое в проводах меньшего размера. Следовательно, если напряжение или ЭДС высоки, слишком большой ток будет проходить по маленьким проводам и нагревать их. В некоторых случаях достаточно горячее, чтобы вызвать пожар или даже взорваться. Поэтому иногда полезно добавить в электрическую цепь компоненты, называемые резисторами , , чтобы ограничить поток электричества и защитить компоненты в цепи.

Сопротивление — это хорошо, потому что оно дает нам возможность защитить себя от вредной энергии электричества. Подробнее об этом мы поговорим на следующей странице.

Обзор

  1. Сопротивление — сопротивление электрическому току.
  2. Сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом .
  3. Сопротивление иногда желательно, а иногда нежелательно.

10.3: Последовательные и параллельные резисторы

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Определите термин эквивалентное сопротивление
  • Рассчитайте эквивалентное сопротивление резисторов, включенных последовательно
  • Рассчитайте эквивалентное сопротивление резисторов, включенных параллельно

В статье «Ток и сопротивление» мы описали термин «сопротивление» и объяснили основную конструкцию резистора. По сути, резистор ограничивает поток заряда в цепи и представляет собой омическое устройство, где \ (V = IR \). В большинстве схем имеется более одного резистора. Если несколько резисторов соединены вместе и подключены к батарее, ток, подаваемый батареей, зависит от эквивалентного сопротивления цепи.

Эквивалентное сопротивление комбинации резисторов зависит как от их индивидуальных значений, так и от способа их подключения. Самыми простыми комбинациями резисторов являются последовательное и параллельное соединение (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). В последовательной схеме выходной ток первого резистора течет на вход второго резистора; следовательно, ток в каждом резисторе одинаков.В параллельной цепи все выводы резистора на одной стороне резисторов соединены вместе, а все выводы на другой стороне соединены вместе. В случае параллельной конфигурации каждый резистор имеет одинаковое падение потенциала на нем, и токи через каждый резистор могут быть разными в зависимости от резистора. Сумма отдельных токов равна току, протекающему по параллельным соединениям.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) При последовательном соединении резисторов ток одинаков на каждом резисторе.(b) При параллельном соединении резисторов напряжение на каждом резисторе одинаковое.

Резисторы серии

Считается, что резисторы

включены последовательно, когда ток течет через резисторы последовательно. Рассмотрим рисунок \ (\ PageIndex {2} \), на котором показаны три последовательно включенных резистора с приложенным напряжением, равным \ (V_ {ab} \). Поскольку заряды проходят только по одному пути, ток через каждый резистор одинаков. Эквивалентное сопротивление набора резисторов при последовательном соединении равно алгебраической сумме отдельных сопротивлений.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): (a) Три резистора, подключенные последовательно к источнику напряжения. (b) Исходная схема сокращается до эквивалентного сопротивления и источника напряжения.

На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) ток, идущий от источника напряжения, протекает через каждый резистор, поэтому ток через каждый резистор одинаков. N V_i = 0.\]

Это уравнение часто называют законом петли Кирхгофа, который мы рассмотрим более подробно позже в этой главе. Для рисунка \ (\ PageIndex {2} \) сумма падения потенциала каждого резистора и напряжения, подаваемого источником напряжения, должна равняться нулю:

\ [\ begin {align *} V — V_1 — V_2 — V_3 & = 0, \\ [4pt] V & = V_1 + V_2 + V_3, \\ [4pt] & = IR_1 + IR_2 + IR_3, \ end { выровнять *} \]

Решение для \ (I \)

\ [\ begin {align *} I & = \ frac {V} {R_1 + R_2 + R_3} \\ [4pt] & = \ frac {V} {R_ {S}}.\ end {align *} \]

Поскольку ток через каждый компонент одинаков, равенство можно упростить до эквивалентного сопротивления (\ (R_ {S} \)), которое представляет собой просто сумму сопротивлений отдельных резисторов.

Эквивалентное сопротивление в последовательной цепи

Любое количество резисторов можно подключить последовательно. Если \ (N \) резисторы соединены последовательно, эквивалентное сопротивление равно

. N R_i.\ label {серия эквивалентных сопротивлений} \]

Одним из результатов включения компонентов в последовательную цепь является то, что если что-то происходит с одним компонентом, это влияет на все остальные компоненты. Например, если несколько ламп соединены последовательно и одна лампа перегорела, все остальные лампы погаснут.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): эквивалентное сопротивление, ток и мощность в последовательной цепи

Батарея с напряжением на клеммах 9 В подключена к цепи, состоящей из четырех последовательно соединенных резисторов \ (20 \, \ Omega \) и одного \ (10 ​​\, \ Omega \) (Рисунок \ (\ PageIndex {3 } \)).Предположим, что батарея имеет незначительное внутреннее сопротивление.

  1. Рассчитайте эквивалентное сопротивление цепи.
  2. Рассчитайте ток через каждый резистор.
  3. Рассчитайте падение потенциала на каждом резисторе.
  4. Определите общую мощность, рассеиваемую резисторами, и мощность, потребляемую батареей.
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Простая последовательная схема с пятью резисторами.

Стратегия

В последовательной цепи эквивалентное сопротивление представляет собой алгебраическую сумму сопротивлений.2R \), а общая мощность, рассеиваемая резисторами, равна сумме мощности, рассеиваемой каждым резистором. Мощность, подаваемая батареей, можно найти с помощью \ (P = I \ epsilon \).

Раствор

  1. Эквивалентное сопротивление — это алгебраическая сумма сопротивлений (уравнение \ ref {ряд эквивалентных сопротивлений}): \ [\ begin {align *} R_ {S} & = R_1 + R_2 + R_3 + R_4 + R_5 \\ [4pt ] & = 20 \, \ Omega + 20 \, \ Omega + 20 \, \ Omega + 20 \, \ Omega + 10 \, \ Omega = 90 \, \ Omega.2 (10 \, \ Omega) = 0,1 \, W, \ nonumber \] \ [P_ {рассеивается} = 0,2 \, W + 0,2 \, W + 0,2 \, W + 0,2 \, W + 0,1 \, W = 0,9 \, W, \ nonumber \] \ [P_ {источник} = I \ epsilon = (0,1 \, A) (9 \, V) = 0,9 \, W. \ nonumber \]

Значение

Существует несколько причин, по которым мы использовали бы несколько резисторов вместо одного резистора с сопротивлением, равным эквивалентному сопротивлению цепи. Возможно, резистора необходимого размера нет в наличии, или нам нужно отводить выделяемое тепло, или мы хотим минимизировать стоимость резисторов.Каждый резистор может стоить от нескольких центов до нескольких долларов, но при умножении на тысячи единиц экономия затрат может быть значительной.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Некоторые гирлянды миниатюрных праздничных фонарей закорачиваются при перегорании лампочки. Устройство, вызывающее короткое замыкание, называется шунтом, который позволяет току течь по разомкнутой цепи. «Короткое замыкание» похоже на протягивание куска проволоки через компонент. Луковицы обычно сгруппированы в серии по девять луковиц.Если перегорает слишком много лампочек, в конце концов открываются шунты. Что вызывает это?

Ответ

Эквивалентное сопротивление девяти последовательно соединенных лампочек составляет 9 R . Ток равен \ (I = V / 9 \, R \). Если одна лампочка перегорит, эквивалентное сопротивление составит 8 R , и напряжение не изменится, но ток возрастет \ ((I = V / 8 \, R \). Чем больше лампочек перегорят, ток станет равным. В конце концов, ток становится слишком большим, что приводит к перегоранию шунта.№ Р_и. \]

  • Одинаковый ток течет через каждый резистор последовательно.
  • Отдельные последовательно включенные резисторы не получают полное напряжение источника, а делят его. Общее падение потенциала на последовательной конфигурации резисторов равно сумме падений потенциала на каждом резисторе.
  • Параллельные резисторы

    На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показаны резисторы, включенные параллельно, подключенные к источнику напряжения. Резисторы включены параллельно, когда один конец всех резисторов соединен непрерывным проводом с незначительным сопротивлением, а другой конец всех резисторов также соединен друг с другом непрерывным проводом с незначительным сопротивлением.Падение потенциала на каждом резисторе одинаковое. Ток через каждый резистор можно найти с помощью закона Ома \ (I = V / R \), где напряжение на каждом резисторе постоянно. Например, автомобильные фары, радио и другие системы подключены параллельно, так что каждая подсистема использует полное напряжение источника и может работать полностью независимо. То же самое и с электропроводкой в ​​вашем доме или любом здании.

    Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Два резистора, подключенных параллельно источнику напряжения.(b) Исходная схема сокращается до эквивалентного сопротивления и источника напряжения.

    Ток, протекающий от источника напряжения на Рисунке \ (\ PageIndex {4} \), зависит от напряжения, подаваемого источником напряжения, и эквивалентного сопротивления цепи. В этом случае ток течет от источника напряжения и попадает в соединение или узел, где цепь разделяется, протекая через резисторы \ (R_1 \) и \ (R_2 \). По мере того, как заряды проходят от батареи, некоторые проходят через резистор \ (R_1 \), а некоторые — через резистор \ (R_2 \).Сумма токов, текущих в переход, должна быть равна сумме токов, текущих из перехода:

    \ [\ sum I_ {in} = \ sum I_ {out}. {- 1}.{-1}. \ label {10.3} \]

    Это соотношение приводит к эквивалентному сопротивлению \ (R_ {P} \), которое меньше наименьшего из отдельных сопротивлений. Когда резисторы соединены параллельно, от источника течет больше тока, чем протекает для любого из них по отдельности, поэтому общее сопротивление ниже.

    Пример \ (\ PageIndex {2} \): Анализ параллельной цепи

    Три резистора \ (R_1 = 1,00 \, \ Omega \), \ (R_2 = 2,00 \, \ Omega \) и \ (R_3 = 2,00 \, \ Omega \) подключены параллельно.Параллельное соединение подключается к источнику напряжения \ (V = 3,00 \, V \).

    1. Какое эквивалентное сопротивление?
    2. Найдите ток, подаваемый источником в параллельную цепь.
    3. Рассчитайте токи в каждом резисторе и покажите, что в сумме они равны выходному току источника.
    4. Рассчитайте мощность, рассеиваемую каждым резистором.
    5. Найдите выходную мощность источника и покажите, что она равна общей мощности, рассеиваемой резисторами.

    Стратегия

    (a) Общее сопротивление для параллельной комбинации резисторов определяется с помощью уравнения \ ref {10.3}. (Обратите внимание, что в этих расчетах каждый промежуточный ответ отображается с дополнительной цифрой.)

    (b) Ток, подаваемый источником, можно найти из закона Ома, заменив \ (R_ {P} \) на полное сопротивление \ (I = \ frac {V} {R_ {P}} \).

    (c) Отдельные токи легко вычислить по закону Ома \ (\ left (I_i = \ frac {V_i} {R_i} \ right) \), так как каждый резистор получает полное напряжение.{-1} = 0.50 \, \ Omega. \ Nonumber \] Общее сопротивление с правильным количеством значащих цифр равно \ (R_ {eq} = 0.50 \, \ Omega \). Как и предполагалось, \ (R_ {P} \) меньше наименьшего индивидуального сопротивления.

  • Полный ток можно найти из закона Ома, заменив полное сопротивление \ (R_ {P} \). Это дает \ [I = \ frac {V} {R_ {P}} = \ frac {3.00 \, V} {0.50 \, \ Omega} = 6.00 \, A. \ nonumber \] Текущий I для каждого устройства намного больше, чем для тех же устройств, подключенных последовательно (см. предыдущий пример).Схема с параллельным соединением имеет меньшее общее сопротивление, чем резисторы, включенные последовательно.
  • Отдельные токи легко вычислить по закону Ома, так как каждый резистор получает полное напряжение. Таким образом, \ [I_1 = \ frac {V} {R_1} = \ frac {3.00 \, V} {1.00 \, \ Omega} = 3.00 \, A. \ nonumber \] Аналогично, \ [I_2 = \ frac {V } {R_2} = \ frac {3.00 \, V} {2.00 \, \ Omega} = 1.50 \, A \ nonumber \] и \ [I_3 = \ frac {V} {R_3} = \ frac {3.00 \, V } {2.00 \, \ Omega} = 1.50 \, A. \ nonumber \] Общий ток — это сумма отдельных токов: \ [I_1 + I_2 + I_3 = 6.2} {2.00 \, \ Omega} = 4.50 \, W. \ nonumber \]
  • Общую мощность также можно рассчитать несколькими способами. Выбор \ (P = IV \) и ввод общей текущей доходности \ [P = IV = (6.00 \, A) (3.00 \, V) = 18.00 \, W. \ nonumber \]
  • Значение

    Общая мощность, рассеиваемая резисторами, также составляет 18,00 Вт:

    \ [P_1 + P_2 + P_3 = 9,00 \, W + 4,50 \, W + 4,50 \, W = 18,00 \, W. \ nonumber \]

    Обратите внимание, что общая мощность, рассеиваемая резисторами, равна мощности, подаваемой от источника.

    Упражнение \ (\ PageIndex {2A} \)

    Рассмотрим одну и ту же разность потенциалов \ ((V = 3,00 \, V) \), приложенную к одним и тем же трем последовательно включенным резисторам. Будет ли эквивалентное сопротивление последовательной цепи больше, меньше или равно трем резисторам, включенным параллельно? Будет ли ток в последовательной цепи выше, ниже или равен току, обеспечиваемому тем же напряжением, приложенным к параллельной цепи? Как мощность, рассеиваемая последовательно подключенными резисторами, будет сравниваться с мощностью, рассеиваемой параллельно резисторами?

    Решение

    Эквивалент последовательной схемы будет \ (R_ {eq} = 1.00 \, \ Omega + 2.00 \, \ Omega + 2.00 \, \ Omega = 5.00 \, \ Omega \), что выше эквивалентного сопротивления параллельной цепи \ (R_ {eq} = 0.50 \, \ Omega \ ). Эквивалентный резистор любого количества резисторов всегда выше, чем эквивалентное сопротивление тех же резисторов, соединенных параллельно. Ток через последовательную цепь будет \ (I = \ frac {3.00 \, V} {5.00 \, \ Omega} = 0.60 \, A \), что меньше суммы токов, проходящих через каждый резистор в параллельная цепь, \ (I = 6.00 \, А \). Это неудивительно, поскольку эквивалентное сопротивление последовательной цепи выше. Ток при последовательном соединении любого количества резисторов всегда будет ниже, чем ток при параллельном соединении тех же резисторов, поскольку эквивалентное сопротивление последовательной цепи будет выше, чем параллельной цепи. Мощность, рассеиваемая последовательно включенными резисторами, будет равна \ (P = 1,800 \, Вт \), что ниже мощности, рассеиваемой в параллельной цепи \ (P = 18.00 \, Вт \).

    Упражнение \ (\ PageIndex {2B} \)

    Как бы вы использовали реку и два водопада для моделирования параллельной конфигурации двух резисторов? Как разрушается эта аналогия?

    Решение

    Река, текущая по горизонтали с постоянной скоростью, разделяется на две части и течет через два водопада. Молекулы воды аналогичны электронам в параллельных цепях. Количество молекул воды, которые текут в реке и падает, должно быть равно количеству молекул, которые текут над каждым водопадом, точно так же, как сумма тока через каждый резистор должна быть равна току, текущему в параллельном контуре.Молекулы воды в реке обладают энергией благодаря своему движению и высоте. Потенциальная энергия молекул воды в реке постоянна из-за их одинаковой высоты. Это аналогично постоянному изменению напряжения в параллельной цепи. Напряжение — это потенциальная энергия на каждом резисторе.

    При рассмотрении энергии аналогия быстро разрушается. В водопаде потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию молекул воды. В случае прохождения электронов через резистор падение потенциала преобразуется в тепло и свет, а не в кинетическую энергию электронов.

    Суммируем основные характеристики резисторов параллельно:

    1. Эквивалентное сопротивление находится по формуле \ ref {10. 3} и меньше любого отдельного сопротивления в комбинации.
    2. Падение потенциала на каждом параллельном резисторе одинаковое.
    3. Параллельные резисторы не получают суммарный ток каждый; они делят это. Ток, поступающий в параллельную комбинацию резисторов, равен сумме токов, протекающих через каждый резистор, включенный параллельно.

    В этой главе мы представили эквивалентное сопротивление резисторов, соединенных последовательно, и резисторов, соединенных параллельно. Как вы помните, из раздела «Емкость» мы ввели эквивалентную емкость конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Цепи часто содержат как конденсаторы, так и резисторы. В таблице \ (\ PageIndex {1} \) приведены уравнения, используемые для эквивалентного сопротивления и эквивалентной емкости для последовательных и параллельных соединений.

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Сводка по эквивалентному сопротивлению и емкости в последовательной и параллельной комбинациях
    Комбинация серии Параллельная комбинация
    Эквивалентная емкость \ [\ frac {1} {C_ {S}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3} +. N R_i \ nonumber \] \ [\ frac {1} {R_ {P}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} + \ frac {1} {R_3} +. . . \ nonumber \]

    Сочетания последовательного и параллельного

    Более сложные соединения резисторов часто представляют собой просто комбинации последовательного и параллельного соединения. Такие комбинации обычны, особенно если учитывать сопротивление проводов. В этом случае сопротивление провода включено последовательно с другими сопротивлениями, включенными параллельно.

    Комбинации последовательного и параллельного соединения могут быть уменьшены до одного эквивалентного сопротивления с помощью техники, показанной на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).Различные части могут быть идентифицированы как последовательные или параллельные соединения, уменьшенные до их эквивалентных сопротивлений, а затем уменьшенные до тех пор, пока не останется единственное эквивалентное сопротивление. Процесс занимает больше времени, чем труден. Здесь мы отмечаем эквивалентное сопротивление как \ (R_ {eq} \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): (а) Исходная схема из четырех резисторов. (b) Шаг 1: резисторы \ (R_3 \) и \ (R_4 \) включены последовательно, и эквивалентное сопротивление равно \ (R_ {34} = 10 \, \ Omega \) (c) Шаг 2: сокращенная схема показывает, что резисторы \ (R_2 \) и \ (R_ {34} \) включены параллельно, с эквивалентным сопротивлением \ (R_ {234} = 5 \, \ Omega \).(d) Шаг 3: приведенная схема показывает, что \ (R_1 \) и \ (R_ {234} \) включены последовательно с эквивалентным сопротивлением \ (R_ {1234} = 12 \, \ Omega \), которое является эквивалентное сопротивление \ (R_ {eq} \). (e) Уменьшенная схема с источником напряжения \ (V = 24 \, V \) с эквивалентным сопротивлением \ (R_ {eq} = 12 \, \ Omega \). Это приводит к току \ (I = 2 \, A \) от источника напряжения.

    Обратите внимание, что резисторы \ (R_3 \) и \ (R_4 \) включены последовательно. Их можно объединить в одно эквивалентное сопротивление. {- 1} = 5 \, \ Omega.\ nonumber \]

    Этот шаг процесса сокращает схему до двух резисторов, показанных на рисунке \ (\ PageIndex {5d} \). Здесь схема сводится к двум резисторам, которые в данном случае включены последовательно. Эти два резистора можно уменьшить до эквивалентного сопротивления, которое является эквивалентным сопротивлением цепи:

    \ [R_ {eq} = R_ {1234} = R_1 + R_ {234} = 7 \, \ Omega + 5 \ Omega = 12 \, \ Omega. \ nonumber \]

    Основная цель этого анализа схемы достигнута, и теперь схема сводится к одному резистору и одному источнику напряжения.

    Теперь мы можем проанализировать схему. Ток, обеспечиваемый источником напряжения, равен \ (I = \ frac {V} {R_ {eq}} = \ frac {24 \, V} {12 \, \ Omega} = 2 \, A \). Этот ток проходит через резистор \ (R_1 \) и обозначается как \ (I_1 \). Падение потенциала на \ (R_1 \) можно найти с помощью закона Ома:

    \ [V_1 = I_1R_1 = (2 \, A) (7 \, \ Omega) = 14 \, V. \ nonumber \]

    Глядя на рисунок \ (\ PageIndex {5c} \), это оставляет \ (24 \, V — 14 \, V = 10 \, V \) отбрасывать в параллельном сочетании \ (R_2 \) и \ ( R_ {34} \).Ток через \ (R_2 \) можно найти по закону Ома:

    \ [I_2 = \ frac {V_2} {R_2} = \ frac {10 \, V} {10 \, \ Omega} = 1 \, A. \ nonumber \]

    Резисторы \ (R_3 \) и \ (R_4 \) включены последовательно, поэтому токи \ (I_3 \) и \ (I_4 \) равны

    .

    \ [I_3 = I_4 = I — I_2 = 2 \, A — 1 \, A = 1 \, A. \ nonumber \]

    Используя закон Ома, мы можем найти падение потенциала на двух последних резисторах. Потенциальные капли равны \ (V_3 = I_3R_3 = 6 \, V \) и \ (V_4 = I_4R_4 = 4 \, V \).2 (4 \, \ Omega) = 4 \, W, \\ [4pt] P_ {рассеивается} & = P_1 + P_2 + P_3 + P_4 = 48 \, W. \ end {align *} \]

    Общая энергия постоянна в любом процессе. Следовательно, мощность, подаваемая источником напряжения, составляет

    \ [\ begin {align *} P_s & = IV \\ [4pt] & = (2 \, A) (24 \, V) = 48 \, W \ end {align *} \]

    Анализ мощности, подаваемой в схему, и мощности, рассеиваемой резисторами, является хорошей проверкой достоверности анализа; они должны быть равны.

    Пример \ (\ PageIndex {3} \): объединение последовательных и параллельных цепей

    На рисунке \ (\ PageIndex {6} \) показаны резисторы, подключенные последовательно и параллельно.Мы можем рассматривать \ (R_1 \) как сопротивление проводов, ведущих к \ (R_2 \) и \ (R_3 \).

    1. Найдите эквивалентное сопротивление цепи.
    2. Какое падение потенциала \ (V_1 \) на резисторе \ (R_1 \)?
    3. Найдите ток \ (I_2 \) через резистор \ (R_2 \).
    4. Какая мощность рассеивается \ (R_2 \)?
    Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Эти три резистора подключены к источнику напряжения так, чтобы \ (R_2 \) и \ (R_3 \) были параллельны друг другу, и эта комбинация была последовательно с \ (R_1 \).

    Стратегия

    (a) Чтобы найти эквивалентное сопротивление, сначала найдите эквивалентное сопротивление параллельного соединения \ (R_2 \) и \ (R_3 \). Затем используйте этот результат, чтобы найти эквивалентное сопротивление последовательного соединения с \ (R_1 \).

    (b) Ток через \ (R_1 \) можно найти с помощью закона Ома и приложенного напряжения. Ток через \ (R_1 \) равен току от батареи. Падение потенциала \ (V_1 \) на резисторе \ (R_1 \) (которое представляет собой сопротивление в соединительных проводах) можно найти с помощью закона Ома.{-1} = 5.10 \, \ Omega. \ Nonumber \] Общее сопротивление этой комбинации занимает промежуточное положение между значениями чистой серии и чисто параллельной (\ (20.0 \, \ Omega \) и \ (0.804 \, \ Omega \) ), соответственно).

  • Ток через \ (R_1 \) равен току, обеспечиваемому батареей: \ [I_1 = I = \ frac {V} {R_ {eq}} = \ frac {12.0 \, V} {5.10 \, \ Omega} = 2.35 \, A. \ nonumber \] Напряжение на \ (R_1 \) равно \ [V_1 = I_1R_1 = (2.35 \, A) (1 \, \ Omega) = 2.35 \, V. \ nonumber \] Напряжение, приложенное к \ (R_2 \) и \ (R_3 \), меньше напряжения, подаваемого батареей, на величину \ (V_1 \).Когда сопротивление провода велико, это может существенно повлиять на работу устройств, представленных \ (R_2 \) и \ (R_3 \).
  • Чтобы найти ток через \ (R_2 \), мы должны сначала найти приложенное к нему напряжение. Напряжение на двух параллельных резисторах одинаково: \ [V_2 = V_3 = V — V_1 = 12.0 \, V — 2.35 \, V = 9.65 \, V. \ nonumber \] Теперь мы можем найти ток \ (I_2 \) через сопротивление \ (R_2 \) по закону Ома: \ [I_2 = \ frac {V_2} {R_2} = \ frac {9.65 \, V} {6.00 \, \ Omega} = 1.2 (6.00 \, \ Omega) = 15.5 \, W. \ nonumber \]
  • Значение

    Анализ сложных схем часто можно упростить, сведя схему к источнику напряжения и эквивалентному сопротивлению. Даже если вся схема не может быть сведена к одному источнику напряжения и одному эквивалентному сопротивлению, части схемы могут быть уменьшены, что значительно упрощает анализ.

    Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

    Учитывайте электрические цепи в вашем доме.Приведите хотя бы два примера схем, в которых для эффективной работы необходимо использовать комбинацию последовательных и параллельных схем.

    Решение

    Все цепи верхнего освещения параллельны и подключены к основному питанию, поэтому при перегорании одной лампочки все верхнее освещение не гаснет. У каждого верхнего света будет как минимум один переключатель, включенный последовательно с источником света, так что вы можете включать и выключать его.

    В холодильнике есть компрессор и лампа, которая загорается при открытии двери.Обычно для подключения холодильника к стене используется только один шнур. Цепь, содержащая компрессор, и цепь, содержащая цепь освещения, параллельны, но есть переключатель, включенный последовательно со светом. Термостат управляет переключателем, включенным последовательно с компрессором, чтобы контролировать температуру холодильника.

    Практическое применение

    Одним из следствий этого последнего примера является то, что сопротивление в проводах снижает ток и мощность, подаваемую на резистор.Если сопротивление провода относительно велико, как в изношенном (или очень длинном) удлинителе, то эти потери могут быть значительными. Если потребляется большой ток, падение IR в проводах также может быть значительным и может проявляться из-за тепла, выделяемого в шнуре.

    Например, когда вы роетесь в холодильнике и включается мотор, свет холодильника на мгновение гаснет. Точно так же вы можете увидеть тусклый свет в салоне, когда вы запускаете двигатель вашего автомобиля (хотя это может быть связано с сопротивлением внутри самой батареи).

    Что происходит в этих сильноточных ситуациях, показано на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). Устройство, обозначенное символом \ (R_3 \), имеет очень низкое сопротивление, поэтому при его включении течет большой ток. Этот увеличенный ток вызывает большее падение IR в проводах, обозначенных \ (R_1 \), снижая напряжение на лампочке (которое равно \ (R_2 \)), которое затем заметно гаснет.

    Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Почему свет тускнеет при включении большого прибора? Ответ заключается в том, что большой ток, потребляемый двигателем прибора, вызывает значительное падение IR в проводах и снижает напряжение на свету.

    Стратегия решения проблем: последовательные и параллельные резисторы

    1. Нарисуйте четкую принципиальную схему, обозначив все резисторы и источники напряжения. Этот шаг включает список известных значений проблемы, так как они отмечены на вашей принципиальной схеме.
    2. Точно определите, что необходимо определить в проблеме (определите неизвестные). Письменный список полезен.
    3. Определите, подключены ли резисторы последовательно, параллельно или в комбинации последовательно и параллельно.Изучите принципиальную схему, чтобы сделать эту оценку. Резисторы включены последовательно, если через них должен последовательно проходить один и тот же ток.
    4. Используйте соответствующий список основных функций для последовательных или параллельных подключений, чтобы найти неизвестные. Есть один список для серий и другой для параллельных.
    5. Проверьте, являются ли ответы разумными и последовательными.

    Пример \ (\ PageIndex {4} \): объединение последовательных и параллельных цепей

    Два резистора, соединенных последовательно \ ((R_1, \, R_2) \), подключены к двум резисторам, включенным параллельно \ ((R_3, \, R_4) \).Последовательно-параллельная комбинация подключается к батарее. Каждый резистор имеет сопротивление 10,00 Ом. Провода, соединяющие резисторы и аккумулятор, имеют незначительное сопротивление. Через резистор \ (R_1 \) проходит ток 2,00 А. Какое напряжение подается от источника напряжения?

    Стратегия

    Используйте шаги предыдущей стратегии решения проблем, чтобы найти решение для этого примера.

    Раствор

    Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Чтобы найти неизвестное напряжение, мы должны сначала найти эквивалентное сопротивление цепи.
    1. Нарисуйте четкую принципиальную схему (рисунок \ (\ PageIndex {8} \)).
    2. Неизвестно напряжение аккумулятора. Чтобы определить напряжение, подаваемое батареей, необходимо найти эквивалентное сопротивление.
    3. В этой схеме мы уже знаем, что резисторы \ (R_1 \) и \ (R_2 \) включены последовательно, а резисторы \ (R_3 \) и \ (R_4 \) включены параллельно. Эквивалентное сопротивление параллельной конфигурации резисторов \ (R_3 \) и \ (R_4 \) последовательно с последовательной конфигурацией резисторов \ (R_1 \) и \ (R_2 \).{-1} = 5,00 \, \ Омега. \ nonumber \] Эта параллельная комбинация включена последовательно с двумя другими резисторами, поэтому эквивалентное сопротивление схемы равно \ (R_ {eq} = R_1 + R_2 + R_ {34} = (25.00 \, \ Omega \). поэтому напряжение, подаваемое батареей, равно \ (V = IR_ {eq} = 2.00 \, A (25.00 \, \ Omega) = 50.00 \, V \).
    4. Один из способов проверить соответствие ваших результатов — это рассчитать мощность, подаваемую батареей, и мощность, рассеиваемую резисторами. Мощность, обеспечиваемая аккумулятором, равна \ (P_ {batt} = IV = 100.2R_4 \\ [4pt] & = 40.00 \, W + 40.00 \, W + 10.00 \, W + 10.00 \, W = 100. \, W. \ end {align *} \]

      Поскольку мощность, рассеиваемая резисторами, равна мощности, выделяемой батареей, наше решение кажется последовательным.

      Значение

      Если проблема имеет комбинацию последовательного и параллельного соединений, как в этом примере, ее можно уменьшить поэтапно, используя предыдущую стратегию решения проблемы и рассматривая отдельные группы последовательных или параллельных соединений.При нахождении \ (R_ {eq} \) для параллельного соединения необходимо с осторожностью относиться к обратному. Кроме того, единицы и числовые результаты должны быть разумными. Эквивалентное последовательное сопротивление должно быть больше, а эквивалентное параллельное сопротивление, например, должно быть меньше. Мощность должна быть больше для тех же устройств, подключенных параллельно, по сравнению с последовательными и т.

      Авторы и авторство

      • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами.Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

      Сопротивление | Электрические схемы | Siyavula

      Сопротивление — это мера того, «насколько сложно» «протолкнуть» электричество через элемент цепи. Сопротивление также может применяться ко всей цепи.

      Что вызывает сопротивление? (ESAFH)

      На микроскопическом уровне электроны, движущиеся по проводнику, сталкиваются (или взаимодействуют) с частицами, из которых состоит проводник (металл).Когда они сталкиваются, они передают кинетическую энергию. Таким образом, электроны теряют кинетическую энергию и замедляются. Это приводит к сопротивлению. Передаваемая энергия вызывает нагрев резистора. Вы можете почувствовать это напрямую, если прикоснетесь к зарядному устройству мобильного телефона во время зарядки мобильного телефона — зарядное устройство нагревается, потому что в его цепях есть резисторы!

      Примеры резисторов

      Фотография oskay на Flickr.com

      Сопротивление

      Сопротивление замедляет прохождение заряда в цепи.Единицей измерения сопротивления является ом (Ом), который определяется как вольт на ампер тока.

      Количество: Сопротивление R Единица: Ом Обозначение единицы: ω

      \ [1 \ text {ohm} = 1 \ frac {\ text {volt}} {\ text {ampere}} \]

      В люминесцентных лампах не используются тонкие провода; они используют тот факт, что некоторые газы светятся, когда через них протекает ток. Они намного эффективнее (гораздо меньше сопротивления), чем лампочки.

      Лампа накаливания

      Фотография clagnut на Flickr.com

      Все проводники имеют некоторое сопротивление. Например, кусок провода имеет меньшее сопротивление, чем лампочка, но оба имеют сопротивление.

      Лампочка — это очень тонкий провод, окруженный стеклянным корпусом. Высокое сопротивление небольшого провода (нити) в лампочке заставляет электроны передавать большую часть своей кинетической энергии в виде тепла. Тепловой энергии достаточно, чтобы нить накала стала раскаленной добела, что дает свет.

      Провода, соединяющие лампу с элементом или батареей, почти не нагреваются при том же токе.Это связано с их гораздо меньшим сопротивлением из-за большего поперечного сечения (они толще).

      Важным эффектом резистора является то, что он преобразует электрической энергии в другие формы тепловой энергии . Свет энергия является побочным продуктом производимого тепла.

      Существует особый тип проводника, называемый сверхпроводником , который не имеет сопротивления, но материалы, из которых состоят все известные сверхпроводники, становятся сверхпроводниками только при очень низких температурах.«Самым высокотемпературным» сверхпроводником является оксид ртути, бария, кальция, меди \ ((\ text {HgBa} _ {2} \ text {Ca} _ {2} \ text {Cu} _ {3} \ text {O} _ {\ text {x}}) \), который является сверхпроводящим для температур \ (- \ text {140} \) \ (\ text {℃} \) и ниже.

      Физические атрибуты, влияющие на сопротивление [НЕ ЗАГЛАВНЫМИ БУКВАМИ]

      Физические характеристики резистора влияют на его общее сопротивление.

      • Длина : при увеличении длины резистора увеличивается его сопротивление.Обычно, если вы увеличиваете длину резистора в определенном разы, вы увеличиваете сопротивление во столько же раз.

      • Ширина и высота или площадь поперечного сечения : если резистор обеспечивает больший путь, будучи сделанным шире или шире, то через него может протекать больший ток. Если общая площадь поверхности, через которую протекает ток (площадь поперечного сечения), увеличивается в раз, сопротивление обычно уменьшается в такой же раз.

      Расширение: Для одного резистора это можно обозначить как

      \ [R \ propto \ frac {L} {A} \]

      где \ (L \) — длина, а \ (A \) — площадь поперечного сечения.

      Почему разряжаются батареи?

      Аккумулятор хранит потенциальную химическую энергию. Когда он включен в цепь, внутри батареи происходит химическая реакция, которая преобразует химическую потенциальную энергию в электрическую энергию, которая заставляет электроны двигаться по цепи.Все элементы схемы (такие как токопроводящие провода, резисторы и лампочки) имеют некоторое сопротивление потоку заряда и преобразуют электрическую энергию в тепло и, в случае лампочки, в свет. Поскольку энергия всегда сохраняется, батарея разряжается, когда вся ее химическая потенциальная энергия была преобразована в другие формы энергии.

      Резисторы в электрических цепях (ЭСАФИ)

      Важно понимать, какое влияние добавление резисторов в цепь оказывает на общее сопротивление цепи и на ток, который может протекать в цепи.

      Что означает электрическое сопротивление? | Глава 1 — Напряжение, ток, энергия и мощность

      Глава 1 — Напряжение, ток, энергия и мощность

      Различные материалы по-разному реагируют на напряжение. Если материал позволяет протекать значительному количеству тока даже при небольшом приложенном напряжении, мы называем его проводником . Если протекает очень небольшой ток даже при большом приложенном напряжении, то материал представляет собой изолятор .

      Свойство, определяющее, какой ток будет протекать в ответ на заданное напряжение, называется сопротивлением (обозначается R). Кусок провода из металла с высокой проводимостью (например, меди) будет иметь низкое сопротивление, а кусок резиновой изоляции, окружающей провод, будет иметь высокое сопротивление.

      Резистор

      Один из самых распространенных электронных компонентов — резистор. Как следует из названия, эти устройства препятствуют прохождению электрического тока.Резисторы играют очень важную роль в электрических цепях — не потому, что они просто противостоят току, а потому, что они противостоят ему точным и контролируемым образом.

      Единицей измерения сопротивления резистора является Ом , обозначенное символом Ω. Резистор с очень низким сопротивлением, например менее 1 Ом, можно считать проводником. Если сопротивление составляет десятки миллионов Ом, резистор будет работать как изолятор. Умеренные значения сопротивления, например 470 Ом или 10 000 Ом, на самом деле не подходят ни к категории проводника, ни к категории изолятора.

      Серия

      и параллельное соединение

      Цепи часто включают более одного резистора. Если резисторы подключены таким образом, что через них протекает одинаковый ток, они в серии . Например:

      Рисунок 1. Резисторы, подключенные последовательно.

      Чтобы рассчитать полное сопротивление, также известное как эквивалентное сопротивление , последовательно соединенных резисторов, вы просто складываете отдельные значения сопротивления.В этом примере эквивалентное сопротивление R1 + R2.

      Когда резисторы подключены параллельно , они имеют одинаковое напряжение на своих двух выводах:

      Рисунок 2. Параллельно подключенные резисторы.

      В этом случае вычислить эквивалентное сопротивление не так-то просто. Когда резисторов всего два, можно использовать формулу «произведение на сумму»:

      Если параллельно подключено более двух резисторов, необходимо использовать следующее выражение:

      Закон Ома

      Следующая формула выражает соотношение между напряжением, током и сопротивлением:

      Сокращенная форма:

      Это называется законом Ома.Это основа базового анализа схем, которую постоянно используют как студенты, так и профессионалы. В приведенной выше форме напряжение рассчитывается на основе тока и сопротивления, но при необходимости уравнение можно изменить:

      или:

      Если мы переведем эти три уравнения в слова, мы получим хорошее объяснение закона Ома:

      • Если ток I протекает через компонент с сопротивлением R, напряжение на этом компоненте равно I, умноженному на R.
      • Если напряжение V приложено к компоненту с сопротивлением R, результирующий ток, протекающий через этот компонент, будет V, деленный на R.
      • Если падение напряжения на компоненте составляет V и через него протекает ток I, сопротивление этого компонента делится на V, деленное на I.

      Применение закона Ома

      Давайте посмотрим на простой пример того, как можно использовать закон Ома для поиска неизвестной величины. В этом случае мы будем искать текущий.

      Рисунок 3.Простая схема, состоящая из батареи и двух последовательно соединенных резисторов.

      Как видите, известно напряжение на паре резисторов (оно равно напряжению батареи), и известны оба значения сопротивления. Мы хотим узнать, какой ток проходит через резисторы.

      Первый шаг — вычислить эквивалентное сопротивление.

      Для этой части анализа мы можем заменить исходную схему этой упрощенной версией:

      Рисунок 4.Упрощенный вариант простой схемы.

      Закон

      Ома говорит нам, что ток через последовательно соединенные резисторы будет:

      В этой схеме нет других путей тока, поэтому, если через резисторы проходит 1 А, 1 А также является полным током, подаваемым батареей.

      Теперь рассчитаем падение напряжения на резисторах. Мы знаем, что напряжение равно току, умноженному на сопротивление, поэтому, даже если два резистора имеют одинаковый ток, падения напряжения будут разными, потому что сопротивления разные.

      Мощность, рассеиваемая на резисторе

      На предыдущей странице упоминался пример резистора, рассеивающего мощность (в виде тепла) в окружающую среду. Закон Ома позволяет нам рассчитать рассеиваемую мощность резистора, если мы знаем

      • напряжение на резисторе и ток, протекающий через резистор, или
      • напряжение на резисторе и его сопротивление, или
      • ток, протекающий через резистор, и его сопротивление.

      Первый из этих вариантов основан на формуле для электрической мощности, приведенной на предыдущей странице:

      Или сокращенно:

      Вторые два варианта являются результатом объединения этой формулы с законом Ома:

      Давайте используем значения напряжения и тока для R1, чтобы убедиться, что все эти формулы дают одинаковый результат:

      Если мы хотим узнать мощность, потребляемую всей схемой, мы можем сложить рассеиваемую мощность отдельных компонентов или умножить напряжение источника питания на ток, подаваемый от источника питания:

      Резисторы

      и обзор закона Ома

      Мы обсудили резистор, который является одним из наиболее важных электронных компонентов, и рассмотрели три различных способа расчета рассеиваемой мощности резистора.Мы также увидели, как закон Ома может помочь нам найти неизвестный ток, напряжение или сопротивление.

      На следующей странице мы поговорим о номинальной мощности и о том, как они влияют на конструкцию схемы.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *