Что такое электрическая цепь и из каких элементов она состоит. Какие основные законы действуют в электрических цепях. Как рассчитать силу тока, напряжение и сопротивление в цепи. Какие бывают виды соединений в электрических цепях.
Что такое электрическая цепь и ее основные элементы
Электрическая цепь — это совокупность устройств и объектов, образующих замкнутый путь для протекания электрического тока. Основными элементами электрической цепи являются:
- Источники электрической энергии (батареи, аккумуляторы, генераторы)
- Потребители электрической энергии (лампы, нагревательные приборы, двигатели)
- Проводники, соединяющие элементы цепи
- Коммутационные устройства (выключатели, переключатели)
- Измерительные приборы (амперметры, вольтметры)
Для работы электрической цепи необходимо наличие замкнутого контура, по которому может протекать электрический ток. При размыкании цепи ток прекращается.
Основные электрические величины и их единицы измерения
В электрических цепях используются следующие основные физические величины:
- Сила тока (I) — измеряется в амперах (А)
- Напряжение (U) — измеряется в вольтах (В)
- Сопротивление (R) — измеряется в омах (Ом)
- Мощность (P) — измеряется в ваттах (Вт)
Как связаны между собой эти величины. Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению цепи. Это соотношение выражается законом Ома:
I = U / R
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома является фундаментальным законом электрических цепей. Он устанавливает связь между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи:
I = U / R
где:
- I — сила тока в амперах (А)
- U — напряжение в вольтах (В)
- R — сопротивление в омах (Ом)
Этот закон позволяет рассчитать любую из трех величин, если известны две другие. Например, зная напряжение и сопротивление участка цепи, можно определить силу тока:
I = 12 В / 4 Ом = 3 А
Последовательное и параллельное соединение проводников
В электрических цепях используются два основных вида соединения проводников:
Последовательное соединение
При последовательном соединении проводники включаются один за другим:
- Общее сопротивление цепи: R = R1 + R2 + R3
- Сила тока одинакова на всех участках: I = I1 = I2 = I3
- Общее напряжение: U = U1 + U2 + U3
Параллельное соединение
При параллельном соединении проводники подключаются к одним и тем же точкам цепи:
- Общее сопротивление: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
- Напряжение одинаково на всех участках: U = U1 = U2 = U3
- Общий ток: I = I1 + I2 + I3
Работа и мощность электрического тока
Работа электрического тока (A) измеряется в джоулях (Дж) и рассчитывается по формуле:
A = U * I * t
где U — напряжение, I — сила тока, t — время.
Мощность электрического тока (P) измеряется в ваттах (Вт) и определяется как:
P = U * I
Зная мощность и время работы электроприбора, можно рассчитать потребленную им энергию.
Как рассчитать силу тока в цепи
Для расчета силы тока в электрической цепи используется закон Ома. Если известно напряжение на участке цепи и его сопротивление, силу тока можно найти по формуле:
I = U / R
Например, если напряжение в сети 220 В, а сопротивление электроприбора 44 Ом, сила тока составит:
I = 220 В / 44 Ом = 5 А
При последовательном соединении сила тока одинакова на всех участках. При параллельном — суммируется.
Напряжение и его расчет в электрической цепи
Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению заряда. Оно измеряется в вольтах (В). Для расчета напряжения на участке цепи используется закон Ома:
U = I * R
где I — сила тока, R — сопротивление участка.
При последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках:
U = U1 + U2 + U3
При параллельном соединении напряжение одинаково на всех участках.
Сопротивление проводников и его зависимость от различных факторов
Сопротивление проводника зависит от следующих факторов:
- Длина проводника — чем длиннее, тем больше сопротивление
- Площадь поперечного сечения — чем толще проводник, тем меньше сопротивление
- Материал проводника — разные вещества имеют разное удельное сопротивление
- Температура — с ростом температуры сопротивление металлов увеличивается
Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
R = ρ * l / S
где ρ — удельное сопротивление материала, l — длина, S — площадь сечения.
Короткое замыкание и его последствия
Короткое замыкание — это соединение разных точек электрической цепи с различными потенциалами между собой через очень малое сопротивление. При коротком замыкании:
- Резко возрастает сила тока в цепи
- Происходит сильный нагрев проводников
- Возникает риск возгорания изоляции и пожара
- Возможно повреждение источника тока и потребителей
Для защиты от короткого замыкания используются предохранители и автоматические выключатели, размыкающие цепь при превышении допустимой силы тока.
Элементы электрической цепи постоянного тока.
Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.
Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:
Источники электрической энергии (питания).
Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).
Потребители электрической энергии.
Общим
свойством всех потребителей является
преобразование электроэнергии
в другие виды энергии (например,
нагревательный прибор).
Иногда потребители
называют нагрузкой.
Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.
Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис.
Источник эдс.
Исто́чник ЭДС (идеа́льный источник напряже́ния) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия. В простейшем случае ЭДС определена как константа, обычно обозначаемая буквой .
Свойства Идеальный источник напряжения
Рисунок 2. Реальный источник напряжения под нагрузкой
Рисунок
3. Нагрузочная характеристика идеального
(синий) и реального (красный) источников.
Напряжение на выводах идеального источника напряжения не зависит от нагрузки . Ток определяется только сопротивлением внешней цепи :
Модель идеального источника напряжения используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Собственно идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, поскольку при стремлении сопротивления нагрузки к нулю отдаваемый ток и электрическая мощность неограниченно возрастают, что противоречит физической природе источника.
Реальный источник напряжения
В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением . Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение идеального источника ЭДС и внутреннего сопротивления .
На
рисунке 3 приведены нагрузочные
характеристики идеального источника
напряжения (синяя линия) и реального
источника напряжения (красная линия).
где
— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;
— падение напряжения на нагрузке.
При коротком замыкании вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток короткого замыкания будет максимален. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:
Характеристики электрической цепи | Электричество
В прошлом параграфе мы узнали, что из себя представляет такое важное для всего человечества явление, как электрический ток, и теперь мы можем приступить к его детальному изучению.
Прежде всего, рассмотрим физические величины, которые используются при работе с ним.
Хоть сам электрический ток невидим, он может проявлять себя вполне ощутимым образом. Скажем, именно он нагревает спираль лампы накаливания и заставляет ее сильно светиться. Это пример теплового действия тока. У него есть и другие действия, но для нас сейчас важно то, что ток может проявлять себе по-разному – сильнее или слабее – поэтому вводят величину, которая характеризует такое положение дел.
Она называется силой тока. Это скалярная величина, и слово “сила” здесь не является самым подходящим, но – что поделать – так уж сложилось исторически. Сила тока обозначается буквой I и измеряется в единицах под названием “амперы” (А), названных так в честь одного французского ученого, изучавшего электричество и магнетизм в начале 19 века.
Так что же такое сила тока? Рассмотрим медный проводник, по которому протекает электрический ток, представляющий собой, как вы помните, направленное движение заряженных частиц. В случае с металлами их роль выполняют электроны.
Сила тока – это величина, численно равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:
\boxed{I=\dfrac{q}{t}}
Здесь можно заметить аналогию с тем, что нам уже приходилось изучать раньше. Ток часто уподобляют движению воды в трубе, и сила тока в таком случае – это объемный расход, то есть объем воды, протекающий через поперечное сечение трубы за единицу времени.
Теперь мы переходим к другой чрезвычайно важной концепции физики электричества, которая называется напряжением.
Раньше мы уже говорили про нее. Эта величина обозначается буквой U и измеряется в вольтах, отсылающих нас к итальянскому ученому Алессандро Вольта.
Электроны в проводниках перемещаются не сами по себе, а под действием электрического поля, создаваемого источником тока. При этом чем больше будет заряд, тем большая работа над ним будет совершаться (ведь кулоновская сила, действующая на заряды, прямо пропорциональна их величине), поэтому вводят величину, зависящую от работы электрического поля, но никак не от величины переносимого заряда, – напряжение:
\boxed{U=\dfrac{A}{q}}
Какова аналогия для напряжения в мире гидродинамики? Чтобы с этим разобраться, нам следует рассмотреть достаточно необычную конструкцию.
К закрепленной вертикально трубе сверху прикреплен резервуар с водой, которая под действием силы тяжести перемещается вниз, в небольшой бассейн. Насос, располагающийся с другой стороны, перегоняет воду, собирающуюся внизу, обратно наверх, начиная новый цикл.
Все это очень смахивает на простейшую электрическую цепь: вода, движущаяся по кругу, – это электрический заряд; сила тяжести, которая в итоге совершает работу, – это сила, действующая на электроны со стороны электрического поля; насос – источник тока, перемещающий заряды с одного полюса на другой.
А вот что является напряжением в данном случае? Это высота, с которой изначально сбрасывается вода.
При этом важно отметить, что речь идет о разнице высот: нам всегда нужны две точки, что охарактеризовать работу силы тяжести. Так же обстоят дела и с напряжением: его нельзя посчитать в какой-то конкретной точке, чтобы его определить, потребуются две точки электрической цепи.
Итак, мы поговорили про силу тока, описывающую непосредственно сам ток, а также напряжение, которое уже зависит от источника тока, батарейки например. Что у нас остается? Проводник, разумеется. И если есть в нем что-то важное, так это то, что он всегда сопротивляется прохождению электрического тока через себя. Величина, которая описывает такое свойство проводника, называется (электрическим) сопротивлением. Она обозначается буквой R и измеряется в омах (Ом) – единицах измерения, отдающих дань уважения немецкому ученому Георгу Ому.
Проводник, по которому течет электрический ток, с большой степенью точности можно заменить трубкой с водой, имеющей область сужения в каком-нибудь месте.
Узкая часть трубы – это аналог проводника. Если поймем, от чего зависит ее сопротивление, поймем, от чего зависит сопротивление, скажем, медной проволоки.
Во-первых, можно выделить такую штуку, как поперечное сечение: чем больше будет площадь района, в который входит вода, тем меньшее сопротивление ей будет оказывать труба. Во-вторых, продолжительность узкого участка также имеет определенное значение: чем длиннее, тем выше будет сопротивление. И в-третьих, мы можем обратить внимание на материал, из которого сделана трубка. Точнее, на качества ее внутренней поверхности. Если стенки трубы будут очень гладкими, воде будет легче двигаться через нее. И, наоборот, если мы придумаем какой-нибудь состав, который бы “цеплял” жидкость, текущую по трубе, сопротивление бы возросло.
Все выше сказанное мы можем объединить при помощи математики:
\boxed{R=\rho\dfrac{l}{S}}
Где \rho – это удельное сопротивление, особая физическая величина, характеризующая способность того или иного материала пропускать электрический ток.
| 1 | Мы начните с введения в электрические величины, такие как заряд, ток, напряжение, мощность, сопротивление, проводимость и импеданс. Мы определить источники напряжения и тока, как независимые, так и зависимые.
|
| 2 | Мы рассматриваем основные взаимосвязи, такие как Закон Ома, степенной закон и законы Кирхгофа, и начинаются последовательные цепи.
|
| 3 | Продолжаем взаимосвязи и изучаем
параллельные и последовательно-параллельные сети для случая постоянного тока.
|
| 4 | Мы заканчиваем обсуждение основных последовательно-параллельных сетей для случая постоянного тока и ввести понятие источника преобразования.
|
| 5 | Мы приступаем к методам сетевого анализа, а именно
сеточный и узловой анализ.
|
| 6 | Мы продолжаем анализ сети, включая суперпозиция. Мы также вводим теорему Тевенина и теорему о передаче максимальной мощности.
|
| 7 | Заканчиваем работу по анализу резистивного постоянного тока
схемы.
|
| 8 | Начнем обсуждение элементов реактивной цепи, а именно катушки индуктивности и конденсаторы.
|
| 9 | Продолжаем обсуждение катушек индуктивности и конденсаторов. и исследовать естественные и ступенчатые реакции.
|
| 10 | Мы начать анализ синусоидального устойчивого состояния. Начнем с обзора комплекса числа и учитывать полярный, прямоугольный и экспоненциальный форматы.
|
| 11 | Мы
ввести понятие фазоров. Введем стационарные синусоидальные
возбуждение цепей RLC. Когда это будет завершено, у нас будет
второй тест.
|
| 12 | Продолжаем установившееся синусоидальное возбуждение RLC схемы. Это включает в себя треугольник мощности, коэффициент мощности и максимальную передача мощности для случая переменного тока.
|
| 13 | Мы изучаем расчеты синусоидальной установившейся мощности
включая
мгновенная мощность, среднеквадратичное значение, «комплексная» мощность и т.
|
Исследуем сбалансированные трехфазные цепи и трансформаторы.
|
В этот момент у нас будет промежуточный тест .
DC глава 8: 1, 3, 5, 15, 23, 29. 
п.Передача энергии в электрических цепях Учебное пособие
Инструменты Creator скоро будут вдохновлять!
Присоединяйтесь к списку рассылки, чтобы узнать, когда мы запустимся.
Physics
General Physics
Electric Circuits
Energy Transfer In Electric Circuits Study Guide
Ravela Da Cruz
HS-PS3-5
forms of energy transfer in circuits
electric power
electric current
разомкнутая цепь
замкнутая цепь
Электроэнергия — это энергия, преобразованная в единицу времени в электрической цепи, и когда она передается по цепям, она называется электрической мощностью.
Электрические цепи — это пути, по которым текут электроны, образуя сеть для электрических компонентов. Провода вместе составляют путь и могут легко питаться от батареи. Это обеспечивает стимулы для электрона, что приводит к передаче энергии в цепях.
Источник
ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ
Значение передачи энергии является преобразованием одной формы энергии в другую форму.
Обычно это движение энергии или поток электронов на своем пути.
Когда электроны или энергия проходят по замкнутому пути, мы называем это передачей энергии в цепях.
Эти формы передачи энергии в цепях называются электроэнергией.
Кроме того, электрическая мощность — это энергия в единицу времени, преобразованная за счет электрической цепи из одного вида энергии в другой.
Формула электроэнергии определяется как E = I 2 Rt .
Электрические цепи представляют собой замкнутый контур или путь, по которому протекает электрический ток.
Этот поток энергии возникает из-за замкнутого пути или цепи.
Когда путь не закрыт, энергия не сможет проходить по цепи, поскольку поток электронов прерывается.
Таким образом, в обрыв цепи , передача энергии невозможна.
УРАВНЕНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ
Уравнения переноса энергии в электрических цепях включали перенос электронов электрическим током на соответствующий заряд проводника и напряжение.
Его уравнение: E = QV
Где E = энергия в джоулях
Q = заряд в кулонах
V = напряжение в вольтах.
ПРИМЕРЫ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ В ЦЕПЯХ
Существуют различные формы передачи энергии в примерах электрических цепей.
- В лампочки
- В автомобильном аккумуляторе
- Лампа, вставленная в распределительный щит
- Аккумуляторы для мобильных телефонов
- Тостер для хлеба дома
Источник
- Электроэнергией называется скорость, с которой электрическая энергия потребляется устройством.
- Сама электрическая энергия может быть выражена как генерация энергии из-за движения электронов от их собственного заряда к заряду проводника. Электрическая мощность умножается на время, т. е. E = Pt.
- Некоторыми примерами передачи энергии являются электродвигатели, домашние тостеры для хлеба, электрические утюги и т. д.
- Передача энергии в уравнении электрических цепей E = QV.
Электрическая мощность умножается на время, т. е. E = Pt.Часто задаваемые вопросы
1. Как энергия передается в цепи?
Средство передачи энергии в цепи по замкнутому контуру. Когда цепь полностью замкнута с обоих концов, энергия переходит из одной формы в другую. А скорость потребления энергии в единицу времени называется электрической мощностью.
2. Каковы 10 примеров передачи энергии?
- Размах колебаний
- Электродвигатель
- Электрогенератор
- Подсветка лампы
- Автомобильный двигатель
- Сотовый в машине или телефоны
- Солнечный нагреватель
- Солнечная батарея
- Тостер для хлеба дома
- Электрический утюг
3.
Каковы 5 преобразований энергии?
- Химическая энергия в электрическую
- Электрическая энергия в тепловую энергию
- Химическая энергия в механическую
- Свет в химическую энергию
- Электрическая энергия в тепловую энергию
4. Приведите уравнение переноса энергии в электрических цепях.
Уравнение переноса энергии в электрических цепях: E = QV.
Мы надеемся, что вам понравился этот урок, и вы узнали что-то интересное о Передача энергии в электрических цепях! Присоединяйтесь к нашему сообществу Discord, чтобы получить ответы на любые вопросы и пообщаться с другими учениками, такими же, как и вы! Обещаем, так учиться намного веселее!😎
ССЫЛКИ
- Передача энергии в цепях: https://www.onlinemathlearning.com/energy-transfer-circuits.html По состоянию на 19 апреля 2022 г.
- Электроэнергия: https://www.vedantu.com/physics/electric-powerДоступ 19 апреля 2022 г.
