Напряжение и ток: ключевые понятия в электротехнике

Что такое напряжение и ток в электрической цепи. Как они взаимосвязаны. Какие единицы измерения используются для напряжения и тока. Как измеряются эти величины. Почему важно понимать разницу между напряжением и током.

Что такое электрическое напряжение?

Электрическое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Оно характеризует работу, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Основные характеристики напряжения:

• Обозначается буквой U (иногда E)
• Измеряется в вольтах (В)
• Создается источниками тока (батареи, генераторы и т.д.)
• Измеряется между двумя точками цепи
• Является причиной возникновения электрического тока

Что такое электрический ток?

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Основные характеристики тока:

• Обозначается буквой I
• Измеряется в амперах (А)
• Возникает при наличии напряжения в замкнутой цепи
• Измеряется в одной точке цепи или через элемент
• Характеризует количество заряда, проходящего через сечение проводника за единицу времени

Взаимосвязь напряжения и тока

Напряжение и ток тесно взаимосвязаны:

• Напряжение является причиной возникновения тока в цепи
• Чем выше напряжение, тем больше ток при одинаковом сопротивлении
• Связь между напряжением, током и сопротивлением описывается законом Ома: I = U / R
• Мощность в цепи определяется как P = U * I

Единицы измерения напряжения и тока

Для измерения напряжения используются следующие единицы:

• Вольт (В) — основная единица
• Киловольт (кВ) = 1000 В
• Милливольт (мВ) = 0,001 В
• Микровольт (мкВ) = 0,000001 В

Единицы измерения тока:

• Ампер (А) — основная единица
• Миллиампер (мА) = 0,001 А
• Микроампер (мкА) = 0,000001 А
• Наноампер (нА) = 0,000000001 А

Как измеряются напряжение и ток?

Для измерения напряжения и тока используются специальные приборы:

• Вольтметр — для измерения напряжения, подключается параллельно участку цепи
• Амперметр — для измерения силы тока, включается последовательно в цепь
• Мультиметр — универсальный прибор для измерения напряжения, тока и других параметров
• Осциллограф — позволяет наблюдать форму сигналов напряжения и тока

Почему важно различать напряжение и ток?

Понимание разницы между напряжением и током критически важно по нескольким причинам:

• Для правильного подключения измерительных приборов
• Для обеспечения электробезопасности (опасен именно ток, а не напряжение)
• Для расчета параметров электрических цепей
• Для выбора компонентов с подходящими характеристиками
• Для диагностики неисправностей в электрических схемах

Основные законы для напряжения и тока

При анализе электрических цепей используются следующие базовые законы:

• Закон Ома: I = U / R — связывает напряжение, ток и сопротивление
• Первый закон Кирхгофа: сумма токов, втекающих в узел, равна сумме вытекающих токов
• Второй закон Кирхгофа: сумма напряжений в замкнутом контуре равна нулю
• Закон Джоуля-Ленца: Q = I^2 * R * t — определяет количество выделяемого тепла

Виды напряжения и тока

Напряжение и ток могут быть:

• Постоянными — не меняются во времени (батарейки, аккумуляторы)
• Переменными — периодически изменяются (электросеть)
• Пульсирующими — содержат постоянную и переменную составляющие
• Импульсными — имеют форму коротких импульсов

Влияние параметров цепи на напряжение и ток

На величину напряжения и тока в цепи влияют:

• Сопротивление проводников и нагрузки
• Емкость конденсаторов
• Индуктивность катушек
• Частота переменного тока
• Температура компонентов

Техника безопасности при работе с напряжением и током

При работе с электричеством важно соблюдать правила безопасности:

• Использовать изолирующие инструменты
• Работать в диэлектрических перчатках
• Не прикасаться к оголенным проводникам
• Отключать питание перед ремонтом
• Использовать устройства защитного отключения
• Не превышать допустимые значения тока и напряжения для компонентов

Понимание основ электротехники, в частности понятий напряжения и тока, критически важно для безопасной и эффективной работы с электрическими системами. Эти знания необходимы инженерам, электрикам и всем, кто имеет дело с электрооборудованием.

ток или напряжение, и почему это происходит?

Опасность электричества не миф, хуже того, несмотря на всеобщую осведомленность об этом факте, практически каждый человек может сказать, что ему доводилось при каких-то обстоятельствах ощутить на собственной шкуре электрический удар. Исход подобного воздействия не обязательно плачевен, однако, опасность летального исхода – это неотъемлемый спутник халатного обращения с электричеством.

Именно поэтому на электроустановках устанавливают предупреждающие плакаты, например, «Высокое напряжение! Опасно для жизни!» или «Не влезай! Убьет!». В связи с чем у многих возникает путаница, что убивает ток или напряжение, чего же им стоит опасаться.

В чем отличие между током и напряжением?

Если рассмотреть физический процесс, то электрическая энергия имеет множество различных характеристик, среди которых наиболее часто рассматриваются напряжение и ток. Сразу заметим, что это не одно и то же, но обе они взаимосвязаны.

В каждом веществе присутствует несчетное количество мельчайших атомов, в которых происходит электромагнитное взаимодействие между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами, вращающимися вокруг ядра. В нормальном состоянии элементарные частицы находятся в балансе – заряд ядра полностью скомпенсирован зарядами электронов. Но, воздействие электромагнитного поля на атомы приводит наиболее удаленные электроны в движение, и атомы выходят из равновесия – получают определенный заряд.

Рис. 1. Строение атома

Под напряжением следует понимать разницу между двумя зарядами – в одной точке энергии больше, а в другой меньше. Можно провести аналогию с сообщающимися сосудами, если воды в одной трубке больше, а во второй меньше, то при их соединении вода из первой будет перетекать во вторую. Так же и с напряжением – потенциально в каждой точке имеется определенный заряд энергии, созданный электромагнитным полем, но до тех пор, пока эти точки не соединятся электрической цепью, заряженные частицы не начнут направленного движения.

Рис. 2. Что такое напряжение

Но, с появлением связующей цепи, напряжение между двумя точками приведет к направленному движению заряженных частиц. Это явление получило название электрического тока.

В зависимости от особенностей источника электрической энергии напряжение и ток могут носить:

• постоянный характер
  – не зависимо от наличия или отсутствия нагрузки, величина напряжения не меняется, относится к источникам неограниченной мощности;
• изменяться в зависимости от величины нагрузки – относятся к источника с ограниченной мощностью, где величина питающего напряжения снижается при замыкании цепи;
• временный – при подключении нагрузки к источнику питания заряд полностью рассеивается через короткий промежуток времени, это конденсаторы, в некоторых ситуациях наведенное напряжение.

Поэтому ток не может протекать без наличия напряжения на участке цепи, но именно ток определяет интенсивность воздействия электрической энергии на человека.

Воздействие тока и напряжения на организм

Чтобы определить степень воздействия на человека, следует отметить, что тело представляет собой проводник электрической энергии, через который может свободно протекать электрический ток. Однако, согласно закону Ома, сила тока на любом участке электрической цепи  прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна сопротивлению:

I = U/R;

где

• I – сила тока;  
• U – величина приложенного напряжения;
• R – сопротивление тела человека.

Рис. 3: от чего зависит сила тока

Как можно судить из вышеприведенного выражения, чем больше омическое сопротивление, тем меньше ток, протекающий через человека. Напряжение электрической сети – величина постоянная и мало зависящая от того, что к ней подключено.

А вот на сопротивление человека влияют многие факторы:

• состояние кожных покровов в местах прикосновения к токоведущим частям;
• увлажненность кожи;
• общее физиологическое состояние организма;
• состав крови.

Помимо этого прохождение тока будет зависеть и от состава напольного покрытия, если цепь замкнется через ноги. В среднем, сопротивление человека принимается равным 1000 Ом, сухая кожа может иметь сопротивление в 100 000 Ом, но рассчитывать на такой показатель не стоит. Если рассмотреть ситуацию, когда 220 вольт приложено к человеку с сопротивлением 1000 Ом, то удар током достигнет 0,22А  или 220 мА, а это опасная величина.

Чтобы представлять себе всю картину, нужно знать следующее:

• при 1 – 10 мА удар электрическим током не ощущается, человек свободно отпустит токоведущий элемент без угрозы для собственной жизни;
• от 15 – 50 мА воздействие электричества вызывает сокращения мышц и болезненные ощущения, самостоятельное освобождение человека может оказаться затруднительным;
• от 50 – 100 мА воздействие электрического тока затрагивает сердце, поэтому становится опасным для жизни;
• от 100 – 200 мА поражение электрической энергией может нанести летальный урон организму.

Вышеприведенные данные справедливы для переменного тока частотой 50 Гц, это обуславливается наличием амплитудных составляющих и пикового значения, как в положительную, так и в отрицательную сторону.  При постоянном токе опасное для жизни значение считается от 300 мА и выше.

Более детально о воздействии электрического тока на организм человека было изложено в нашей статье: https://www.asutpp.ru/dejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html

Подводя итоги

Как видите, токовая составляющая, воздействующая на человека, и определяет, какие ситуации считаются опасными, а какие нет. Но, в то же время, без разности потенциалов электрический ток вообще протекать через человека не будет. Прямой тому пример – выполнение работ под напряжением, когда человек свободно касается проводов, а смертельно опасное электричество его не бьет. Проблема решается изолирующей вставкой между землей и ногами человека, которая разрывает электрическую цепь.

Рис. 4. Работа под напряжением с изолированной вышки

Помимо этого существует целый разряд электроустановок, которые относятся к безопасным за счет питания низким напряжением. Так, потенциально безопасными можно назвать уровни не более 42 В переменного и 100 В постоянного, а все остальные относятся к опасному или высокому напряжению.  Но не испытывайте судьбу, лучше перестраховаться и воспользоваться средствами индивидуальной защиты, а в любой непонятной ситуации воздержаться от взаимодействия с электроустановкой, оборванными проводами или корпусом поломанного бытового прибора, включенного в сеть.

Видео пояснение

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

В современном быту, строительстве и других сферах жизни человека огромную роль играет энергия, которая необходима для приведения в движение различных механизмов, производственных станков и инструментов. Электрическое напряжение, или как его принято называть в народе ток, занимает первое место среди ресурсов снабжения, поэтому человек во многом зависит от бесперебойной подачи электричества правильного номинала. В данной статье рассмотрено определение электрического напряжения, его формула, а также, от чего зависит и на что влияет данный показатель.

Электрическое напряжение

Что такое напряжение

Электрическое напряжение – это работа, которая необходима для подачи заряда электрическим полем от поставщика до потребляемого прибора по проводам или без них. Проще говоря, это величина силы, потраченной для доставки определенного заряда тока по проводнику от одного конца на другой. Без напряжения не будет перемещения заряженных частиц, а, следовательно, ток не будет поступать к потребителю, номинальная величина в цепи будет равна нулю.

Электрическим током заряжены все элементы и предметы, которые окружают человека, разница лишь в величине напряжения – у некоторых вещей данный показатель минимален и фактически не заметен, у других – наличие тока более выражено. За долгие годы исследований ученые изобрели множество приборов, которые способны вырабатывать электрический ток различного напряжения и силы, начиная от малогабаритных и заканчивая крупными электростанциями, питающими целые города. Электрическое напряжение напрямую связано с силой тока: чем выше напряжение, тем выше будет величина силы тока.

Для более точного понимания определения напряжения тока необходимо разобраться в физике образования электричества в целом. Откуда берется электрический ток?

Все предметы и вещества состоят из атомов с положительным зарядом, число которых равно числу вращающихся вокруг них отрицательно заряженных частиц. Проще говоря, количество электронов равно количеству нейтронов. Чтобы возникло напряжение в сети, из ядра извлекаются некоторые электроны, возникает разряжение, и оставшиеся частицы пытаются восполнить пробел путем притяжения электронов снаружи, возникает положительный заряд. Если же добавить электроны в атом, возникнет переизбыток, и образуется отрицательное энергетическое поле.

В результате такого взаимодействия возникают положительный и отрицательный потенциалы, и чем больше контакта у этих элементов, тем выше сила и напряжение электрического тока. При соединении указанных потенциалов образуется энергетическое поле, которое увеличивается при повышении количества заряженных атомов внутри себя.

Формула для вычисления напряжения тока выглядит следующим образом:

U=A/q, где:

• U – это само напряжение,
• A – работа, необходимая для перемещения заряда,
• Q – отрезок расстояния, на которое перемещается заряженный атом.

Формула напряжения

Таким образом, можно сделать вывод, что сила тока на протяжении всей цепи будет одинаковой, а напряжение на каждом из участков будет разным, в зависимости от нагрузки на данный отрезок. Как известно, энергия не возникает из ниоткуда и не пропадает в неизвестном направлении, поэтому при повышении напряжения на определенном участке провода избыточный ток выражается в тепловой нагрузке, проще говоря, материал, из которого изготовлен проводник, начинает греться.

Влияние температуры проводника на сопротивление

От чего зависит напряжение

Существует три основных фактора, влияющих на норматив напряжения электрических токов, среди которых:

1. Материал, из которого выполнен проводник. Для решения определенных задач существуют различные типы проводов, чаще всего можно встретить медные или алюминиевые изделия различного сечения и наружной оболочки. Наружная обмотка таких проводов бывает также из множества материалов, защитных и декоративных, например, ПВХ пленка или резиновая защита. Такая обработка позволяет использовать проводку в любых условиях, в том числе для организации наружного освещения;
2. Температуры использования проводника;
3. Уровня сопротивления электрического тока на данном участке. Данная величина зависит от свойств проводимости кабеля или иного предмета, подключенного к сети, и способности к беспрепятственному пропуску атомов через себя. Существуют материалы с нулевым сопротивлением или полностью диэлектрические, то есть не способные проводить электрический ток любого напряжения.

Ток и его напряжение напрямую зависят друг от друга, поэтому и их обозначения одинаковы. Напряжение тока измеряется в Вольтах и обозначается буквой В. Вольт выражается в разности положительного и отрицательного потенциалов на двух удаленных от друг друга точках поля, силы которого совершают усилия, равные одному Дж, при доставке заряда от одного отрезка к конечному. Номинал единицы заряда равен одному Кл, таким образом, обозначение 220 Вольт включает в себя понятие, что данная сеть способна потратить энергию в 220 Дж для транспортировки зарядов от входной точки до потребителя, это и называется электрическим напряжением в сети.

Виды напряжения электрического тока

Синусоида постоянного и переменного тока

Что такое электрическое напряжение, описывается в учебниках по физике, там же приводится его классификация на основании временного промежутка подачи энергии. По данному признаку напряжение бывает:

1. Постоянное – это когда на одном конце проводника ток и электрическое напряжение положительные, а на другом – отрицательные, и их значение направлено в одну сторону. Чаще всего такая система встречается в автономных батареях слабой и средней мощности;

Важно! Случайная или умышленная замена полярностей может привести к выходу из строя прибора, а также короткому замыканию при соединении нескольких элементов, осуществлять это нужно последовательно, стыкуя минусовый контакт к плюсовому. Синусоида при постоянном токе будет ровной без рывков и волн.

2. Переменный ток и электрическое напряжение отличаются от постоянных тем, что у них может быть несколько направлений, например, при частой замене потенциалов полярностей или их перемещении возникает обратное движение заряда, частота данного действия и будет показателем переменного тока. Чаще всего данную систему используют для транспортировки электричества по проводнику на большие расстояния, так как потери тока минимальны, следовательно, и напряжение не уменьшается. Также переменный ток используется в трехфазных двигателях и при доставке постоянного тока на трансформатор для его последующего разделения. Синусоида переменного тока выглядит неровной, волнообразной, с множественными скачками. Существуют формула и механизмы, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, это возможно при наличии конденсаторов и диодного моста.

Между фазами переменного тока также существуют свои показатели, в данном случае напряжение равно 380В, по количеству разности потенциалов в трехфазной сети. В сети напряженностью 220В всего два провода: один – с несущей фазой, второй – с нулем, также для безопасности добавляется кабель заземления. В трехфазной сети имеется четыре жилы, и один дополнительный заземляющий провод, в сумме напряжение всех трех фаз составляет 380В.

Меры предосторожности

Ток и электрическое напряжение являются источником повышенной опасности, поэтому при работе и эксплуатации данного типа энергии необходимо соблюдать нормы и правила безопасности, не допускать аварийных ситуаций и обеспечить все приборы автоматической системой отключения питания.

Запрещается работать с проводкой, находящейся под напряжением, или без устройства для заземления. В случае возникновения короткого замыкания необходимо отключить все приборы от сети и предотвратить возгорание обмотки двигателя или кабеля.

Видео

Оцените статью:

Электрическое напряжение — урок. Физика, 8 класс.

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

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

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

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

Электрическое напряжение характеризует возможность электрического поля совершать работу. 

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

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

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

1.01. Напряжение и ток

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Напряжение, ток и сопротивление

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

Напряжение (условное обозначение: U, иногда Е). Напряжение между двумя точками — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Иначе говоря, это энергия, которая высвобождается, когда единичный заряд «сползает» от высокого потенциала к низкому. Напряжение называют также

разностью потенциалов или электродвижущей силой (э. д. с). Единицей измерения напряжения служит вольт. Обычно напряжение измеряют в вольтах (В), киловольтах (1 кВ = 10³ В), милливольтах (1 мВ = 10^-3 В) или микровольтах (1 мкВ = 10^-6 В) (см. раздел «Приставки для образования кратных и дольных единиц измерения», мелким шрифтом). Для того чтобы переместить заряд величиной 1 кулон между точками, имеющими разность потенциалов величиной 1 вольт, необходимо совершить работу в 1 джоуль. (Кулон служит единицей измерения электрического заряда и равен заряду приблизительно 6 — 10¹⁸ электронов.) Напряжение, измеряемое в нановольтах (1 нВ = 10^-9 В) или в мегавольтах (1 МВ = 10⁶ B) встречается редко; вы убедитесь в этом, прочитав всю книгу.

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

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

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

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

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

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

Рис. 1.1 Закон Кирхгофа для напряжений

Запомните несколько простых правил, касающихся тока и напряжения:

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

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

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

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

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

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

Сигналы

Основы радиотехники — напряжение тока. сила тока. Simpleinfo – все сложное простыми словами!

14 Декабря 2016

7177

В предыдущей статье, мы рассмотрели электрический ток. В этой статье будем рассматривать единицы измерения. Как без них? Но что бы не усложнять, рассмотрим только самые нужные, да и в дальнейшем в принципе только они понадобятся.

Мы уже знаем, что электрический ток, это движение частиц. Что бы эти частицы двигались, необходима внешняя направленная сила (например электрическое поле). И эту силу, которая двигает частицы, необходимо поддерживать.
Источник питания (источник напряжения, источник тока) имеют две клеммы или два полюса. Которые имеют разность потенциалов. Разность потенциалов, если простыми словами дать объяснение – это запас частиц, которые стремятся друг к другу. То есть, при возможности частицы из клеммы (-) будут стремится к клемме с (+).
Рассмотрим на картинке.

наведите или кликните мышкой, для анимации

На картинке мы видим источник питания и проводник. Если наведем мышку на картинку, источник питания «крутиться», то есть там поддерживается какая то сила для переноса частиц. Проводник не соединен к источнику питания, то есть цепь не замкнутая. Для того, что бы возник электрический ток — необходимо замкнуть цепь.
Рассмотрим на примере.

наведите или кликните мышкой, для анимации

В проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение частиц. При перемещение заряженных частиц, что мы видим?

• 1. Какое количество частиц передвигаются.
• 2. Какая энергия тратится на перемещение частицы.

Сила тока

Сила тока — это величина, равная отношению количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения. То есть это ответ на наш первый вопрос, сколько зарядов проходит через поперечное сечение проводника, за определенное время.
Единица измерения силы тока – это Ампер (А).
Условное обозначение: I
Ниже на картинке отобразим этот момент:

наведите или кликните мышкой, для анимации

Напряжение тока

Сила тока, это больше количественный показатель. Для того что бы частицы перемещались, необходима энергия (работа).
Напряжение тока (электрическое напряжение) – это энергия расходуемая при перемещение заряда. Простыми словами, это сила (давление) которое передвигает заряды по проводнику. Таким образом мы ответили на второй вопрос.
Единицы измерения напряжения тока – это Вольт (В).
Условное обозначение: U

наведите или кликните мышкой, для анимации

Мы теперь знаем что такое сила тока, напряжение тока и их условные обозначения. Еще хочу добавить, часто для объяснения этих процессов приводят пример с водой в трубе. Труба в данном случае это проводник, давление которое толкает воду это напряжение и количество воды (через поперечное сечение) это сила тока.

Урок 8. Делим ток и роняем напряжение

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


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

Рисунок 8.1 – Источник питания с внутренним сопротивлением

На этой схеме внутреннее сопротивление источника GB1 обозначено как r, а сопротивление внешней цепи (нагрузка) – как R. Причем, считаем, что R>>r. Здесь мы и отступаем от норм ГОСТ, поскольку для простоты понимания опускаем цифровые обозначения сопротивлений и добавляем на схему некоторые точки A, B и C. Такое включение сопротивлений называют последовательным, так как включены они как бы друг за другом – конец сопротивления r подключен к началу сопротивления R (точка B) и между ними нет больше каких-либо элементов или отводов. Закон Ома для полной цепи говорит, что ток, в электрической цепи зависит от сопротивления этой цепи и одинаков для всех элементов, то есть ток, протекающий через r, равен току, протекающему через R. Давайте рассмотрим этот момент с помощью метода доказательства «от противного». Предположим, что токи, протекающие через сопротивления различны. Ток через большее сопротивление R, исходя из закона Ома, должен быть меньше тока через r. В таком случае в точке B начал бы накапливаться заряд, поскольку ток, выходящий из точки B меньше тока, входящего в нее, а ток есть ни что иное, как отношение перенесенного полем заряда на время. Накапливаемый в точке B заряд создает в этой точке потенциал, который в некоторый момент времени сравняется с потенциалом положительной клеммы аккумулятора (точка A). В этом случае ток в цепи прекращается, поскольку при разности потенциалов двух точек равной нулю потенциальные энергии зарядов в этих точках равны, и работа поля равна нулю. Это умозаключение, кстати говоря, приводит нас к одному интересному выводу:

между точками одинакового потенциала протекание электрического тока невозможно.

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

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

Остаётся только одно разумное решение:

ток в последовательной цепи одинаков для каждого элемента этой цепи.

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

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

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

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

U_R=I_R∙R, где

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

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

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

Рисунок 8.2 – Обозначение падения напряжения

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

Рисунок 8.3 – Параллельное соединение сопротивлений

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

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

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

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

(I₁+I₂ )∙ε=I∙ε

Таким образом, сокращая на ε:

I=I₁+I₂

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

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

Кроме I правила Кирхгофа существует еще и II правило Кирхгофа:

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

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

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

Рисунок 8.4 – Замена параллельных сопротивлений эквивалентным сопротивлением

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

При подобной замене мы будем пользоваться следующим вариантом записи:

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

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

Немного тавтологии, пожалуй, не помешает…

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

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

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

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

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

Рисунок 8.5 – Последовательное соединение сопротивлений

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

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

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

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

Рисунок 8.6 – Смешанное соединение сопротивлений

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

Рисунок 8.7 – Направления протекания токов

Рассчитаем параметры нагрузки по известной мощности и напряжению:

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

I₂=0.1I_н=0.4 А

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

Ток I₁ можно рассчитать двумя способами:

• Исходя из I правила Кирхгофа для узла А:

  I₁=I₂+I_н

• Используя закон Ома.

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

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

Теперь рассчитаем этот же ток, используя первый способ:

I₁=I₂+I_н=0.4А + 4А = 4.4А

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

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

P_GB1=ε∙I₁=12В ∙ 4.4А = 52.8Вт

Тогда кпд равен:

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

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

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

Рисунок 8.8 – Модернизированная схема

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

Потери мощности на нем:

P_R1=I_н²∙R₁=(4 А)²∙1.75 Ом=28 Вт

И кпд:

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

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

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

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

Тогда нагрузке достанется часть эдс, равная:

U_н=ε-U_R1=12 В-6.15 В=5.85 В

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

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

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

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

переменный ток

читать далее…

Поэтому, наша обыкновенная лампочка(или, например, обогревательный прибор)будет одинаково работать как при переменном напряжении, изменяющегося от нуля до 310В, так и при постоянном напряжении 220В. А 12-вольтовая лампочка будет одинаково светить как от источника переменного напряжения величиной 12В(изменяющегося от нуля до 16,8В), так и от любой батарейки или аккумулятора(а они являются, как известно, источниками постоянного напряжения). Итак, запомните!!!

1)электрический ток(напряжение), который периодически изменяет свое направление и величину, называется переменным током. Любой переменный ток характеризуется в основном своей частотой, амплитудой и действующим значением;

2)приборы, предназначенные для измерения переменного тока, показывают его действующее значение;

3)напряжение измеряют вольтметром(или комбинированным прибором — авометром), ток — амперметром(или комбинированным прибором — авометром). Также ток можно измерять так называемыми токовыми клещами. Служат они для бесконтактного измерения тока — рабочая часть прибора образует кольцо вокруг измеряемого провода и по величине электромагнитного поля, действующего на рабочую часть прибора, выводится информация на его небольшой дисплей о величине протекающего тока. Авометр — это комбинированный прибор(его в простонародье еще называют просто тестером), который полностью в своем техпаспорте называется ампервольтомметром и служит для измерения и тока, и напряжения, и сопротивлений. А цифровые модели могут измерять и частоту напряжения(тока), и емкости конденсаторов и другие вещи — это уж как задумает разработчик;

4)зная значение(действующее) переменного напряжения, всегда можно узнать его максимальное значение(не забудьте — оно меняется по синусоидальному закону). А связь здесь такая —

Umax = 1,4U, где U — действующее значение, а Umax — максимальное значение(амплитуда)… На этом пока всё!

Понимание основ электричества, представляя его как воду

«Мы считаем, что электричество существует, потому что электрическая компания постоянно присылает нам счета за него. Но мы не можем понять, как он перемещается по проводам ». — Дэйв Барри

Основные законы электричества математически сложны. Но использование воды в качестве аналогии предлагает простой способ получить базовое понимание.

Электричество 101 — напряжение, ток и сопротивление

Три основных компонента электричества — это напряжение, ток и сопротивление.

• НАПРЯЖЕНИЕ похоже на давление, которое проталкивает воду по шлангу. Он измеряется в вольтах (В).
• ТОК как диаметр шланга. Чем он шире, тем больше воды будет проходить через него. Он измеряется в амперах (I или A).
• СОПРОТИВЛЕНИЕ — это как песок в шланге, который замедляет поток воды. Он измеряется в омах (R или Ω).

Напряжение, ток и сопротивление взаимосвязаны. Если вы измените один из них в цепи, другие тоже изменятся.В частности, напряжение равно току, умноженному на сопротивление (V = I x R). Думая о воде, если вы добавите песок в шланг и сохраните давление на том же уровне, это будет похоже на уменьшение диаметра шланга … меньше воды будет течь.

Электричество 201 — Постоянный ток, переменный ток, батареи и трансформаторы

Как электричество работает в электронике и электросети?

ПРЯМОЙ ТОК или постоянный ток аналогичен нормальному потоку воды в шланге — он течет в одном направлении, от источника до конца.Исторически сложилось так, что DC был первоначально защищен Томасом Эдисоном в знаменитых Текущих войнах конца 1800-х годов. DC проиграл войну за энергосистему, но нашел еще более захватывающую роль в современной электронике, такой как компьютеры, телефоны и телевизоры.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК или переменный ток подобен воде, которая течет взад и вперед по шлангу много раз в секунду. Аналогия с водой здесь немного нарушается, но переменный ток легко создается электрическими генераторами (также называемыми генераторами переменного тока). Никола Тесла и Джордж Вестингауз отстаивали AC над DC, и в конце концов они победили.В настоящее время кондиционер является мировым стандартом для подачи электричества в дома и здания через сеть.

БАТАРЕИ можно рассматривать как водяные насосы, которые перекачивают воду через шланг, который возвращается по замкнутому контуру обратно к батарее. Существует множество показателей емкости батарей, и не все сразу логичны. Они включают ампер-часы и киловатт-часы. Батареи могут генерировать только постоянный ток.

ТРАНСФОРМАТОРЫ — это все равно что держать большой палец над концом шланга, чтобы вода распылялась дальше.Объем воды (мощность) остается прежним, но давление (напряжение) увеличивается с уменьшением диаметра (силы тока). Именно это делают трансформаторы для воздушных линий электропередачи. Электричество может перемещаться дальше с меньшими потерями, потому что сопротивление (песок) не препятствует подаче электричества (воды), когда сила тока ниже (шланг меньшего диаметра). Трансформаторы работают только с переменным током. Способность передавать электричество на большие расстояния — основная причина, по которой переменный ток превзошел постоянный ток столетие назад.

Электричество 301 — Мощность и энергия

Теперь давайте продолжим использовать аналогию со шлангом, чтобы погрузиться в мутные воды цепей (каламбур, извините).

МОЩНОСТЬ похожа на объем воды, который — это , вытекающая из шланга, при заданном давлении и диаметре. Электрическая мощность измеряется в ваттах (Вт). А более крупные системы измеряются в киловаттах (1 кВт = 1000 Вт) или мегаваттах (1 МВт = 1 000 000 Вт).

ENERGY — это как измерение объема воды, который протекает через шланг за период времени за период времени , как наполнение 5-галлонного ведра за минуту. Электрическую энергию часто путают с электроэнергией, но это две разные вещи: мощность измерения мощности и доставка меры энергии.Электроэнергия измеряется в ватт-часах (Втч), но большинство людей более знакомо с измерением в своих счетах за электроэнергию, киловатт-часами (1 кВтч = 1000 ватт-часов). Электроэнергетические компании работают в более крупном масштабе и обычно используют мегаватт-часы (1 МВт-ч = 1000 кВт-ч).

Надеюсь, это полезное введение в основы электричества. Мы будем рады услышать ваши отзывы и предложения, поэтому оставляйте предложения и комментарии ниже.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

Так что же такое напряжение ?. Напряжение и ток объяснены в… | Ури Шакед

Напряжение и ток, объясняемые простым и запоминающимся образом ✈

Мы постоянно используем термин «напряжение». Мы знаем, что батареи типа AA имеют напряжение 1,5 вольт, разъем USB (или зарядное устройство для телефона) обеспечивает 5 вольт, а при работе с электроникой мы обычно работаем либо с 5 вольт, либо с 3,3 вольт, а иногда и с более высокими значениями — автомобильная техника работает от 12 вольт. , а сеть — 110 или 220 вольт.

Несмотря на то, что напряжение присутствует повсюду, я часто вижу вопросы начинающих, где напряжение путают с током, емкостью или энергией. Это неудивительно, учитывая, что напряжение часто объясняется расплывчатыми терминами, такими как «разность потенциалов», «электрическое поле» или «электрическое напряжение», что имеет смысл только в том случае, если вы уже имеете образование в области физики.

Итак, что такое напряжение и как оно соотносится с током? Что значит земля? Можете ли вы измерить напряжение внутри электрического провода?

Это все о мотивации 🎯

Когда я проводил семинары для начинающих по электронике, я всегда испытывал затруднения, когда доходил до той части, где рассказываю о напряжении.Я потратил много времени на размышления, как я могу объяснить это, не полагаясь на существующие знания в области электроники, когда однажды я пришел к простой аналогии: напряжение — это мотивация. Это то, насколько электроны мотивированы перемещаться из одной точки цепи в другую.

Удивительно, но когда я впервые попробовал это объяснение на семинаре, один из студентов поднял руку и спросил: «Это как, когда стоимость жизни в Тель-Авиве выше, чем в Берлине, что мотивирует людей. переехать?»

В этот момент я понял, что щелкнул.Чем дороже Тель-Авив по сравнению с Берлином, у людей больше мотивации к переезду. Их уровень мотивации — напряжение. Однако переезд — нетривиальная задача — вы должны заплатить за перелет. Таким образом, если полеты дорогие, путешествовать будут только самые целеустремленные люди, но если полеты дешевые, количество путешествующих увеличится. Стоимость полетов эквивалентна электрическому сопротивлению, а фактическое количество людей, перемещающихся из Тель-Авива в Берлин каждый день, соответствует текущему.

Повторюсь, напряжение — это то, насколько электроны мотивированы перемещаться из одной точки в другую. Сопротивление — это насколько сложен путь между этими двумя точками, а Ток — это сколько электронов фактически проходит через определенный провод каждую секунду. Связь между этими тремя определяется очень простой формулой, называемой законом Ома:

Напряжение = ток × сопротивление

Это фундаментальная вещь, которую вам нужно знать, когда вы пытаетесь разобраться в электронных схемах — фактически, многие правила можно легко вывести, если вы поймете эту фундаментальную связь.

Ты тоже сейчас хочешь путешествовать?

Напряжение, ток и сопротивление в действии 🔋

Когда у вас есть источник питания (например, аккумулятор), он имеет два вывода: положительный и отрицательный. Когда эти выводы отсоединены друг от друга, электричество не проходит, поэтому сопротивление бесконечно. Это значит, что тока не будет. Точно так же, как если бы не было рейсов между Тель-Авивом и Берлином — даже при высочайшей мотивации совершить это путешествие не удастся.

Точно так же, если мы закорачиваем (соединяем два провода вместе), между ними будет путь с почти нулевым сопротивлением, что означает, что будет течь большой ток. Это похоже на то, как если бы между Тель-Авивом и Берлином курсировало много самолетов или очень больших самолетов, стоимость проезда была очень низкой — даже при малейшей мотивации вы все равно запрыгнете в самолет и совершите путешествие.

Когда мы подключаем резистор между выводами, мы можем применить закон Ома, чтобы вычислить ток.Давайте попробуем это с некоторыми числами — Предположим, у нас есть батарея 1,5 В и резистор 100 Ом (Ом). Каким будет ток? Используя приведенную выше формулу, мы получаем:

1,5 = Ток × 100

Таким образом, ток равен 1,5 / 100 , или 0,015 Ампера (то есть 15 мА). Что произойдет, если мы подключим еще один резистор 100 Ом параллельно первому? Мы можем снова использовать формулу Ома, но вместо этого попробуем понять ее интуитивно. Добавив параллельно второй резистор, мы просто добавили еще один путь, по которому могут течь электроны — это как если бы мы добавили еще один ежедневный рейс между Тель-Авивом и Берлином или увеличили размер нашего самолета вдвое.Это означает, что теперь мы можем снизить цены. Другими словами, сопротивление уменьшилось, поэтому, несмотря на тот же уровень мотивации, теперь больше людей могут путешествовать, и сила тока увеличится.

Напротив, добавление резистора последовательно — это то же самое, что прекращение прямого авиасообщения с Берлином, поэтому теперь вам нужно сесть на стыковочный рейс, например, в Лондоне. Это означает, что цены вырастут — теперь вам придется платить не за один, а за два рейса. Таким образом, сопротивление возросло, меньше людей будут готовы платить за путешествия, а сила тока уменьшится.

Стандартный резистор 100 Ом: цветные полосы соответствуют значению сопротивления

Выйдя за рамки основ

В этом посте я поделился с вами ментальной моделью, которую я использую, когда думаю о напряжении, токе и сопротивлении. Я надеюсь, что эта модель поможет вам более интуитивно понять эти термины и взаимосвязь между ними и будет полезна вам при работе над вашим следующим проектом Arduino / электроники.

Если вы хотите узнать больше о физическом, стоящем за электричеством, ознакомьтесь с этим замечательным руководством от SparkFun.У них также есть еще один учебник, объясняющий напряжение / ток / сопротивление более традиционным способом, используя резервуар для воды в качестве аналогии.

Наконец, если вы нашли эту статью полезной, я хотел бы знать — пожалуйста, напишите мне комментарий на Medium или напишите мне в Twitter.

Что такое напряжение и ток?

?

Ключевые термины

o Кулон

o Напряжение

o Потенциальная энергия

o Кинетическая энергия

o Вольт

o Текущий

o Ампер (ампер)

Цели

o Узнайте, как измерить электрический заряд

o Определить напряжение и ток относительно электрического заряда

Вы, вероятно, слышали о напряжении, токе и мощности в контексте электричества, но вы можете знать или не знать их точного значения.Распространенный язык об электричестве также имеет тенденцию затемнять эти концепции. Таким образом, эта статья предоставит вам научно правильное понимание значения этих критических параметров, облегчая наше дальнейшее обсуждение электронных схем и устройств.

Расчетный сбор

Поскольку электрическая сила является результатом взаимодействия зарядов, мы должны сначала иметь возможность количественно определить заряд, прежде чем мы сможем точно обсудить связанные величины, такие как ток и напряжение.Как мы обсуждали ранее, электроны и протоны — две субатомные частицы, содержащиеся в атомах — заряжены: то есть они обладают определенным качеством, которое вызывает электрическую силу. Оказывается, все электроны (протоны) имеют одинаковое количество отрицательного (положительного) заряда. Электрон и протон несут одинаковую величину заряда величиной (или «количество»), но заряд электрона определяется как отрицательный, а заряд протона как положительный. (Обратите внимание, что это произвольное определение — главное, что два типа зарядов противоположны.) Назовем величину заряда в протоне э.

Единица измерения заряда в Международной системе единиц (СИ) — это кулон, , который определяется как количество заряда, эквивалентное примерно 6,250,000,000,000,000,000 протонам (выраженным в научных обозначениях как ) — огромное число, но это не так уж и важно, если учесть, насколько крошечный протон! Конечно, даже при таком определении кулон может показаться вам не таким значимым: давайте просто скажем, что это произвольное количество заряда, которое мы определяем как нашу единицу (так же, как мы могли бы произвольно определить стандарт длины, такой как фут или метр).

Точно так же 6 250 000 000 000 000 000 электронов эквивалентны одному отрицательному кулону заряда.

Помните, кулон — это просто произвольно определенная величина, которую мы будем использовать в качестве «ярдовой палки» для измерения заряда.

Напряжение

Если вы посмотрите на батарею, то заметите, что (помимо размера — AA, D, C и т. Д.) Она определяется ее напряжением: 1.Например, 5 вольт. В других устройствах указывается напряжение, необходимое для работы. Обычные настенные розетки (в Америке) обеспечивают около 120 вольт. Но что такое напряжение ? Напряжение — это мера потенциальной энергии — количества энергии, «хранящейся» в объекте. Давайте попробуем понять это, проиллюстрировав потенциальную энергию в более знакомом контексте: гравитации.

Считайте пол вашей комнаты «уровнем земли» и положите на пол какой-либо предмет (например, мяч).Относительно уровня земли этот мяч не имеет гравитационной потенциальной энергии, потому что, когда вы его отпускаете, он не ускоряется. Теперь удерживайте мяч на некотором расстоянии от пола. Теперь мяч имеет определенную потенциальную энергию, потому что, когда вы его отпускаете, он ускоряется, пока не упадет на пол (в этот момент вся его потенциальная энергия была преобразована под действием силы тяжести в кинетическую энергию — энергию движения).

И, как вы, наверное, знаете, чем выше от земли вы держите мяч, тем быстрее он будет лететь, когда наконец достигнет пола, когда вы его отпустите (игнорируя сопротивление воздуха).

Напряжение очень похоже. Однако вместо масс (таких как шар), испытывающих гравитацию, мы имеем дело с заряженными объектами, которые ощущают электрическую силу. Допустим, у нашего шара 1 кулон (1 Кл) заряда, и он испытывает электрическую силу, направленную вниз (подобную силе тяжести). Мы выберем какую-нибудь точку и назовем ее «уровень земли» (или просто «земля»). Тогда мяч не имеет (электрической) потенциальной энергии, когда он находится на уровне земли, но если он отодвигается от уровня земли, он имеет (электрическую) потенциальную энергию — так же, как и в случае с гравитацией.

Но откуда могла взяться такая сила? Напомним, что заряды притягивают или отталкивают друг друга. Допустим, у нас есть металлическая пластина, наполненная избыточными электронами (придающими ей общий отрицательный заряд). Поместите отрицательно заряженную пластину на «уровень земли». Поскольку положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу, между шаром и пластиной создается электрическая сила; при отпускании мяч, удерживаемый от пластины, будет ускоряться по направлению к пластине, но шар, контактирующий с пластиной, останется неподвижным.

Напряжение — это мера этой потенциальной энергии. В частности, напряжение — это количество потенциальной энергии, которую объект имеет в данном месте — относительно некоторого заранее определенного «уровня земли» — на кулон заряда в этом объекте. Итак, возвращаясь к иллюстрации выше, если пластина наполнена большим отрицательным зарядом, напряжение в определенной точке над пластиной увеличится. Точно так же, если на пластине присутствует меньше отрицательного заряда, напряжение в той же точке будет уменьшаться.

Поскольку напряжение определяется уровнем земли и некоторой точкой вдали от земли, напряжение всегда и только значение между или в двух точках . Например, в случае батареи напряжение является мерой потенциальной энергии между одним выводом (концом) батареи и другим. Другими словами, напряжение в любой точке всегда относительно некоторого заранее определенного уровня земли.

Единицей измерения напряжения в системе СИ является (что неудивительно) вольт, , которая определяется как потенциальная энергия одного джоуля на кулон заряда (джоуль, как и кулон, — это просто произвольно определенная единица энергии).Для наших целей просто помните, что вольт — это всего лишь мера того, сколько потенциальной энергии имеет заряженный объект в определенном месте относительно земли.

Текущий

Еще одна важная единица — ток, который намного проще понять, чем напряжение. Проиллюстрируем ток на примере провода (который представляет собой не что иное, как тонкий проводник). Предположим также, что существует разность потенциальной энергии (то есть напряжение ) между двумя концами провода, что заставляет положительные заряды перемещаться с одного конца на другой.Мы определим один конец провода как «уровень земли» (или просто «земля»).

Ток — это не что иное, как количество заряда, проходящего через провод. В частности, мы определяем ток в определенной точке: ток — это количество кулонов заряда, проходящих через эту точку в секунду.

Во многих случаях более сильная электрическая сила (то есть более высокое напряжение) производит более высокий ток, потому что заряды быстрее тянутся к земле.

Единицей измерения тока в системе СИ является ампер (иногда просто ампер ), который определяется как поток 1 кулон в секунду, также обозначаемый как 1А.

Практическая задача : Ниже показана простая электрическая схема с напряжениями, определенными в различных точках. В какой из этих точек кулон заряда будет иметь наибольшую потенциальную энергию?

Электрон (отрицательный заряд)

Решение: Напряжение — это мера потенциальной энергии.Кулон заряда, помещенный в точку A, будет иметь 12 джоулей потенциальной энергии; если его поместить в точку B, он имеет 3 джоуля потенциальной энергии. В «электрическом смысле» эти точки находятся на разном расстоянии от земли, что приводит к разной электрической потенциальной энергии, точно так же, как мяч, удерживаемый на разной высоте, имеет разные гравитационные потенциальные энергии. Для простой принципиальной схемы, показанной выше, кулон заряда будет иметь наибольшую потенциальную энергию в точке A.

P ractice Проблема: Провод в электрической цепи имеет ток 3 А (3 А).Сколько кулонов заряда проходит через каждую точку провода каждую секунду?

Решение: Как мы обсуждали выше, ампер (ампер) — это ток, эквивалентный 1 кулону в секунду. Таким образом, 3 ампера равны 3 кулонам в секунду. Таким образом, в любой точке провода, проводящего ток 3А, каждую секунду проходит 3 кулона.

3. Ток, напряжение и сопротивление

Электричество можно описать в терминах Ток, Напряжение и Сопротивление Ток (символ = I) Электрический ток течет при движении заряда Ток — это мера скорости, с которой заряд проходит через точку в цепи. Ток измеряется в Амперах (А) Чем выше ток, тем быстрее течет заряд в этой точке цепи В цепи ток течет от положительного конца источника питания к отрицательному концу источника Напряжение — это мера энергии, переносимой или используемой зарядом. Напряжение можно представить как разницу в энергии (давлении) в начале и в конце цепи. Начало цепи будет под высоким давлением, и по мере протекания тока через цепь давление будет снижаться. к резисторам, таким как шарики Электрохимический элемент или батарея восстанавливают давление заряда, чтобы обеспечить цепь энергией для поддержания потока Напряжение измеряется в Вольт (В) Для того, чтобы американские горки поднялись на подъем, требуется энергия, но, оказавшись на вершине, они скатываются вниз по склону без каких-либо дополнительных действий. В цепи батарея будет поставлять достаточно энергии, чтобы переместить заряд из места с низким уровнем энергии в место с высоким уровнем энергии, точно так же, как двигатель, толкающий американские горки к вершине подъема. В клипе ниже взрослый должен подтолкнуть тележку к верху, прежде чем она скатится, и вокруг рельсов Сопротивление (символ = R) Сопротивление является мерой большой нагрузки, например, свет ограничивает прохождение тока Сопротивление количественно определяет, насколько хорошо проводник проводит электричество Сопротивление измеряется в Ом (Ом) СМОТРЕТЬ ВИДЕО НИЖЕ, ОПИСАННОЕ ОТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ТОКОМ, НАПРЯЖЕНИЕМ И МОЩНОСТЬЮ

Напряжение — Энергетическое образование

Напряжение часто используется как сокращенное обозначение для разности напряжений , что является другим названием для разности потенциалов .Напряжение измеряет энергию, которую получит заряд, если он перемещается между двумя точками в пространстве. Единицей измерения напряжения является вольт (В), а 1 вольт = 1 Дж / Кл. ^[2]

Розетки и батареи имеют связанные с ними напряжения. Фактически, когда электричество доставляется на любое расстояние, между начальной и конечной точками существует напряжение (также известное как разность потенциалов). При приложении напряжения энергетически предпочтительно, чтобы электрический заряд двигался к точке самого низкого напряжения в проводе; это причудливый способ сказать, что положительный электрический заряд приобретает энергию при переходе от точки высокого напряжения к точке низкого напряжения.Отрицательный электрический заряд получит энергию от движения в другом направлении.

Чем больше напряжение, тем больше выигрыш в энергии от перемещения между двумя точками. Кроме того, чем больше заряд проходит через напряжение, тем больше кинетическая энергия, получаемая зарядом. Уравнение, которое моделирует это:

[математика] E = Q \ Delta V [/ математика]

Одна единственная точка не имеет напряжения, поскольку напряжение определяется как разность энергии между двумя точками.Напряжение всегда зависит от некоторой контрольной точки, которая определяется как 0 В. Для удобства Земля почти всегда определяется как 0 В (в классах физики 0 В часто рассматривается как потенциал в точке бесконечно удаленной, но это бесполезен в электронике). Напряжение генерирует поток электронов (электрический ток) через цепь. Специфическое название источника энергии, создающего напряжение для протекания тока, — электродвижущая сила. Это соотношение между напряжением и током задается законом Ома.

Часто бывает полезна аналогия:

Гравитационная потенциальная энергия — это энергия, которую мяч накапливает, сидя на столе. Высота, умноженная на ускорение свободного падения ( г, ), дает полную энергию, которая преобразуется в кинетическую энергию, если мяч упадет с этой высоты. Электродвижущая сила — это то, что продолжает поднимать мяч и класть его обратно на стол (это то, что движет потоком мячей, падающих со стола).

Электрическая энергия — это энергия, выделяющаяся, когда заряд «падает» через разность потенциалов (напряжение).Напряжение существует независимо от того, есть заряд или нет.

Для бытового применения

Электрическая розетка в доме имеет напряжение 120 В (в Канаде и США) через два отверстия. Это напряжение присутствует всегда, и когда электрическая нагрузка становится частью цепи (например, путем подключения прибора), это напряжение заставляет ток течь по цепи.

Электрические генераторы перемещают магниты рядом с катушками проводов, чтобы создать напряжение в электрической сети.

Генерация постоянного тока создает напряжения, используя энергию света в фотоэлектрических элементах или энергию химических реакций, обычно внутри батарей, и даже разницу температур с помощью термопар.Чтобы узнать больше о физике напряжения, см. Гиперфизику.

Аккумулятор на 9 В имеет напряжение 9 В. Двойные батареи A, AAA, C и D имеют напряжение (разность потенциалов) 1,5 В.

Phet Simulation

Чем больше напряжение, тем больше тока проходит через цепь. Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета. Используя приведенное ниже моделирование, исследуйте, как увеличение напряжения увеличивает ток в цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Это изображение предоставлено кем-то из команды.
2. ↑ R.T. Пэйнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Введение в электричество , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 2, сек. 2.4, с. 49-50.

Делитель напряжения (делитель потенциала) и делитель тока

Делитель напряжения и Делитель тока являются наиболее распространенными правилами, применяемыми в практической электронике. Как вы знаете, в схеме есть два типа комбинаций: последовательное и параллельное соединение.Параллельные схемы также известны как схемы делителей тока, потому что в этих схемах ток делится через каждый резистор. В то время как последовательные цепи известны как схемы делителей напряжения, потому что здесь напряжение делится на все резисторы. Правило деления напряжения и правило деления тока необходимы для понимания напряжения и тока, протекающего через каждый резистор. Эти правила разделения используются в большинстве распространенных электронных устройств.

Схема делителя напряжения

Чтобы пропустить ток через электрический проводник, необходимо приложить электродвижущую силу.Когда мы говорим, что ток I проходит через резистор R, из этого логически следует, что сила, действующая на резистор R. Эта сила известна как разность потенциалов или падение напряжения на резисторе R. В любой части электрической цепи объединяются три величины, т.е. напряжение, ток и сопротивление.

Как мы узнали, последовательная схема называется схемой делителя напряжения. Это схема, которая делит напряжение на мелкие части.Итак, с источником питания и двумя резисторами мы можем сделать простую схему делителя напряжения. Здесь нам нужно соединить два резистора последовательно, а затем подать источник напряжения на последовательную цепь.

Схема делителя напряжения

В этом случае подключаются резистор R1 на 5 Ом и резистор R2 с сопротивлением 10 Ом. Напряжения V _out1 и V _out2 делятся между резисторами R1 и R2. Их можно рассчитать с помощью простого уравнения деления напряжения.

Где R _x — это резистор, на котором нам нужно найти напряжение, а R _total — полное сопротивление (R1 + R2) в цепи. Его можно просто рассчитать, сложив их все, поскольку они соединены последовательно. Таким образом, в данной схеме значения напряжения на каждом резисторе равны

Следовательно, напряжение на R1 равно 4 В, а напряжение на R2 равно 8 В. Таким образом, здесь напряжение делится в цепи между резисторами. Следовательно, это называется схемой делителя напряжения.

Делители напряжения используются во многих приложениях, но они широко используются во всех типах переменных резисторов. Возьмем пример потенциометра. Потенциометр — это переменный резистор, который можно использовать для создания регулируемого делителя напряжения. Потенциометр имеет три клеммы, две клеммы подключены к концам резистора, а средняя клемма подключена к дворнику. У него одно сопротивление. Два внешних контакта подключены к источнику напряжения, а средний вывод действует как делитель напряжения.

Схема делителя тока

Делитель тока — это схема, которая делит ток на мелкие части. Как мы узнали, параллельные цепи представляют собой схему делителя тока. Таким образом, с источником питания и двумя параллельными резисторами мы можем сделать простую схему делителя тока. Как и в схеме делителя тока, здесь нам нужно соединить два резистора параллельно, а затем подать источник тока через параллельную цепь.

Схема делителя тока

«I ₁ » и «I ₂ » — это ток, разделенный между резисторами R1 и R2.Их можно рассчитать с помощью простого уравнения деления тока.

«I _n » — это требуемый ток, протекающий через резистор R _n . R _eq — эквивалентное сопротивление параллельных резисторов.

Эквивалентное сопротивление (R _eq ) определяется как

Таким образом, ток, протекающий через резисторы R1 и R2, будет равен

Здесь резисторы имеют одинаковое значение, поэтому ток будет делиться ровно пополам через каждый резистор .Таким образом, это известно как схема делителя тока.

Практически каждая цепь, с которой мы сталкиваемся, представляет собой либо схему делителя напряжения, либо схему делителя тока, либо они могут быть обеими сразу. Делители напряжения используются во множестве приложений, таких как переменные резисторы (потенциометр), LDR, термисторы и современные устройства, такие как акселерометр. Цепи делителя тока в основном используются для упрощения схем, которые упростят прогнозирование выбора резистора.

Что нужно знать о токе, напряжении и сопротивлении

Ток, напряжение и сопротивление — три важных понятия в электронике.Я понятия не имел об этом, когда начинал. Но я все еще мог создавать забавные вещи, следуя схемам, которые я нашел. Я просто не знал, что происходит.

Когда я начал изучать основы электричества в школе, многие вещи начали складываться на свои места. Я начал понимать некоторые объяснения из построенных мной принципиальных схем.

Мне нравится сосредотачиваться на практических частях электроники. Но изучение теории по мере вашего прогресса также действительно полезно.Итак, в сегодняшней статье вы узнаете основы тока, напряжения и сопротивления.

Электроэнергетика

Когда вы подключите маленькую лампочку к положительной и отрицательной стороне батареи, вы получите замкнутую цепь, в которой электроны могут течь между клеммами и заставлять лампу светиться. Внутри проводов этой схемы будут течь электроны.

Когда я начинал заниматься электроникой, я кое-что неправильно понял. Я думал, что при подключении батареи электроны стартуют с батареи и должны пройти весь путь по проводу до лампочки, прежде чем она зажгется.Но это не так.

В проводе уже есть электроны. А когда вы подключаете аккумулятор и замыкаете цепь, они начинают двигаться. Это похоже на трубку, наполненную шариками. Когда вы кладете шарик с одной стороны, другой сразу выходит с другой стороны. Тебе не нужно ждать. Это происходит мгновенно.

Непонятное направление тока

Направление тока немного сбивает с толку. Проходит ли ток от положительного к отрицательному выводу цепи? Или наоборот? На некоторых диаграммах вы видите стрелку от положительной клеммы к отрицательной.На других диаграммах все наоборот.

Прежде всего, позвольте мне сказать следующее: Это не имеет значения!

Когда вам нужно произвести расчеты, все, что вам нужно сделать, это выбрать направление и произвести расчеты, основанные на этом направлении. Вне зависимости от того, какое направление вы выбрали — результат будет одинаковым.

Но что правильно?

Нет направления — это «правильное» направление. Ток может течь в обоих направлениях, в зависимости от того, работают ли положительные или отрицательные носители заряда.В металлах есть отрицательные носители заряда. Также называется электронами. Они переходят от отрицательного к положительному.

Итак, в нормальной электрической цепи на основе металла электроны будут течь от отрицательной клеммы к положительной клемме . Но обычно говорят о направлении тока от положительного до отрицательного . (Узнайте больше об этом из Википедии)

Ток, напряжение и сопротивление

В цепи ток — это поток электронов. Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками.Сопротивление — это то, что сопротивляется потоку электронов.

Если это звучит для вас по-гречески, не волнуйтесь. Подумайте об этом так: если в трубе течет вода, количество текущей воды эквивалентно току в электрической цепи.

Тогда представьте, что труба в какой-то момент забита. И только немного воды проходит. Давление воды с одной стороны засора будет выше, чем с другой. Эта разница в давлении между двумя точками эквивалентна напряжению.Вы всегда измеряете напряжение как разницу напряжений между двумя точками.

Пробка сама по себе является сопротивлением.

• Ток измеряется в амперах или А
• Напряжение измеряется в вольтах или В
• Сопротивление измеряется в Ом или

Соотношение между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома.

Вот красивая иллюстрация:

Следующий шаг:
Простое руководство по изучению электроники для начинающих

.