Что такое полная электрическая цепь. Как применяется закон Ома. Какие элементы входят в состав цепи. Чем отличаются установившийся и переходный режимы работы. Почему возникают переходные процессы.
Что представляет собой полная электрическая цепь
Полная электрическая цепь включает в себя следующие основные элементы:
- Источники электрического тока (батареи, генераторы)
- Потребители электроэнергии (лампы, двигатели, нагревательные элементы)
- Соединительные провода
Схематично электрическую цепь изображают с помощью условных обозначений. Это упрощает анализ и расчет цепей.
Закон Ома для полной электрической цепи
Закон Ома для полной цепи связывает между собой:
- Силу тока в цепи
- Электродвижущую силу источника (ЭДС)
- Полное сопротивление цепи
Математически закон Ома для полной цепи выражается формулой:
ε = IR + Ir
Где:
- ε — электродвижущая сила источника
- I — сила тока в цепи
- R — внешнее сопротивление цепи
- r — внутреннее сопротивление источника
Установившийся режим электрической цепи
Установившийся режим наблюдается, когда:
- Для цепей постоянного тока — напряжение и токи в ветвях не меняются со временем
- Для цепей переменного тока — мгновенные значения токов и напряжений периодически повторяются
В установившемся режиме параметры цепи и внешние воздействия остаются неизменными.
Переходные процессы в электрической цепи
Переходный процесс возникает при изменении состояния цепи, например:
- Включение или отключение источника питания
- Изменение параметров элементов цепи
- Коммутация (переключение) в цепи
Причины возникновения переходных процессов:
- Изменение запасов энергии в реактивных элементах (индуктивности, емкости)
- Необходимость перераспределения энергии при переходе к новому установившемуся режиму
Элементы полной электрической цепи
Основные элементы, входящие в состав полной электрической цепи:
Источники электрической энергии
- Гальванические элементы и аккумуляторы
- Электромашинные генераторы
- Солнечные батареи
- Термоэлементы
Потребители электрической энергии
- Осветительные приборы
- Электродвигатели
- Нагревательные элементы
- Электронные устройства
Коммутационные элементы
- Выключатели
- Переключатели
- Реле
Элементы защиты
- Плавкие предохранители
- Автоматические выключатели
Параметры полной электрической цепи
Основные параметры, характеризующие полную электрическую цепь:
- Электродвижущая сила источника (ЭДС)
- Сила тока
- Напряжение
- Сопротивление
- Мощность
Эти параметры связаны между собой законами электротехники, в частности законом Ома для полной цепи.
Применение закона Ома для полной цепи
Закон Ома для полной цепи позволяет:
- Рассчитать силу тока в цепи
- Определить падение напряжения на участках цепи
- Вычислить КПД источника тока
- Рассчитать мощность, выделяемую на нагрузке
Зная параметры источника и нагрузки, можно определить оптимальный режим работы цепи.
Особенности переходных процессов
При возникновении переходных процессов в цепи:
- Ток и напряжение изменяются во времени
- Возникают колебания энергии между индуктивными и емкостными элементами
- Могут наблюдаться перенапряжения и всплески тока
- Длительность процесса зависит от параметров цепи
Анализ переходных процессов важен для обеспечения надежной работы электрических устройств.
Вопросы и ответы о полной электрической цепи
Чем отличается полная цепь от неполной?
Полная электрическая цепь замкнута и содержит источник тока. В неполной цепи отсутствует источник или цепь разомкнута.
Как рассчитать КПД источника в полной цепи?
КПД источника можно рассчитать по формуле: η = (R / (R + r)) * 100%, где R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление источника.
Почему возникают переходные процессы в цепи?
Переходные процессы возникают из-за изменения запасов энергии в реактивных элементах (катушках индуктивности, конденсаторах) при изменении режима работы цепи.
Как определить направление тока в полной цепи?
По закону Ома, направление тока в полной цепи совпадает с направлением ЭДС источника — от положительного полюса к отрицательному во внешней цепи.
Знание основ теории электрических цепей позволяет понять принципы работы электронных устройств и систем. Закон Ома для полной цепи — один из фундаментальных законов электротехники, широко применяемый на практике.
Полная цепь | СПАДИЛО
теория по физике 🧲 постоянный ток
Полная цепь содержит источник тока — элемент электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.
В полной цепи действует электродвижущая сила, или ЭДС — скалярная физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил, действующих в электрических цепях постоянного и переменного тока.
Сторонние силы — это силы любой природы (кроме электрической), которые разделяют заряды внутри источника тока. Виды сторонний сил:
- механические;
- магнитные;
- химические;
- световые;
- тепловые.
Принято считать, что сторонние силы переносят положительные заряды в направлении от «–» к «+».
Электродвижущая сила обозначается как ε.
Единица измерения — Вольт (В). Численно ЭДС равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда:
ε=Aстq..
Aст (Дж) — работа сторонних сил по перемещению заряда q (Кл).
Не следует путать напряжение и ЭДС. Напряжение характеризует работу электрического поля, а ЭДС — работу сторонних сил.
ОпределениеСила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи:
I=εR+r..
R (Ом) — полное сопротивление внешней цепи, r (Ом) — внутреннее сопротивление источника тока.
Пример №1. Рассчитайте силу тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, у которого ЭДС равна 10 В, а внутреннее сопротивление равно 1 Ом. Сопротивление резистора равно 4 Ом.
I=εR+r..=101+4..=2 (А)
Напряжение на внешней цепи
Напряжение на внешней цепи — это напряжение на клеммах источника, или падение напряжения на внешней цепи.
Оно равно:
U=IR
Выразим сопротивление через ЭДС:
R=εI..−r
Следовательно, напряжение на внешней цепи равно:
U=I(εI..−r)=ε−Ir
КПД источника тока
Не вся работа сторонних сил идет непосредственно на перемещение зарядов. Для выражения доли, которая идет именно на перемещение зарядов, вводится понятие КПД (коэффициента полезного действия).
КПД источника тока равен:
η=Uε..100%=RR+r..100%
Пример №2. Напряжение на внешней цепи равно 6 В, ЭДС источника тока равно 12 В. Определить КПД источника тока.
η=Uε..100%=612..=50%
Короткое замыкание
Рассмотрим простую электрическую цепь:
Она состоит из источника тока (1), ключа (2) и потребителя (3). Теперь поговорим о том, что же произойдет, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке ниже.
Соединив точки А и В напрямую, мы заставим течь ток, минуя потребитель тока, поскольку сопротивление проводника АВ много меньше сопротивления потребителя.
В результате соединения точек А и В сопротивление в электрической цепи резко упадет, что приведет к резкому скачку силы тока. Такое явление называется коротким замыканием.
ОпределениеКороткое замыкание — соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.
Если полное сопротивление внешней цепи R стремится к нулю, то сила тока при коротком замыкании равна:
Iк.з.=εr
.
Задание EF22543В цепи, изображённой на рисунке, идеальный амперметр показывает 1 А. Найдите ЭДС источника, если его внутреннее сопротивление 1 Ом.
Ответ:
а) 23 В
б) 25 В
в) 27 В
г) 29 В
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать закон Ома для полной цепи.
3.Выполнить решение в общем виде.
4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Сила то на первом резисторе: I1 = 1 А.
• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R1= 3 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R2= 1 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R3= 5 Ом.
Закон Ома для полной цепи:
I=εR+r..
R — полное сопротивление внешней цепи. Цепь состоит из последовательно соединенного третьего резистора с параллельным участком цепи, состоящим из первого и второго резисторов. Вычислим сопротивление параллельного участка цепи:
1R12..=1R1..+1R2..
R12=R1R2R1+R2..
Полное сопротивление внешней цепи равно:
R=R12+R3=R1R2R1+R2..+R3
Следовательно, ЭДС источника тока равен:
ε=I(R+r)=I(R1R2R1+R2..+R3+r)
Полная сила тока равна силе тока параллельного участка цепи, так как I = I3 = I12.
А сила тока параллельного участка цепи равна сумме силы тока на первом и втором резисторе:
I12=I1+I2=I
Сначала найдем напряжение на первом резисторе, используя закон Ома для участка цепи:
U1=I1R1
Так как это параллельный участок, то:
U1=U2=U12
Следовательно, сила тока на втором резисторе равна:
I2=U2R2..=I1R1R2..
Сила тока на всем участке цепи равна:
I=I12=I1+I1R1R2..=I1(1+R1R2..)
Теперь можем вычислить ЭДС источника тока:
ε=I1(1+R1R2..)(R1R2R1+R2..+R3+r)
ε=1(1+31..)(3·13+1..+5+1)=6,75·4=27 (В)
Ответ: вpазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF17511Конденсатор ёмкостью С = 2 мкФ присоединён к батарее с ЭДС ε = 10 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом. В начальный момент времени ключ К был замкнут (см. рисунок). Какой станет энергия конденсатора через длительное время (не менее 1 с) после размыкания ключа К, если сопротивление резистора R = 10 Ом? Ответ округлите до сотен.
Ответ:
а) 100 нДж
б) 200 нДж
в) 100 мкДж
г) 200 мкДж
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения в СИ.
2.Записать закон Ома для полной цепи и формулу для нахождения энергии конденсатора.
3.Выполнить решение задачи в общем виде.
4.Подставить исходные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Емкость конденсатора: C = 2 мкФ.
• ЭДС батареи: ε = 10 В.
• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.
• Сопротивление резистора: R = 10 Ом.
2 мкФ = 2∙10–6 Ф
Запишем закон Ома для полной цепи:
I=εR+r..
Энергия конденсатора определяется формулой:
W=CU22..
Напряжение внешней цепи связано с ЭЛС источника формулой:
U=ε−Ir
Используя закон Ома для полной цепи, получаем:
U=ε−εrR+r.
.=εR+εr−εrR+r..=εRR+r..
Тогда энергия конденсатора через длительное время станет равной:
W=12..C(εRR+r..)2
Округлим ответ до сотен и получим 100 мкДж.
Ответ: вpазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF17550Реостат R подключен к источнику тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r (см. рисунок). Зависимость силы тока в цепи от сопротивления реостата представлена на графике. Найдите сопротивление реостата, при котором мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, равна 8 Вт.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать формулу для определения мощности тока, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, и выразить из нее сопротивление.
3.С помощью закона Ома для полной цепи найти неизвестные величины.
4.Выполнить решение в общем виде.
5.Выполнить вычисления, подставив известные и найденные данные.
Решение
Запишем исходные данные:
• Внутренне сопротивление источника тока: r.
• ЭДС источника тока: ε.
• Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника: Pвнутр = 8 Вт.
Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, определяется формулой:
Pвнутр=(εR+r..)2r
Выразим отсюда сопротивление реостата:
R=ε√rPвнутр..−r
Запишем закон Ома для полной цепи:
I=εR+r..
Согласно графику, при нулевом сопротивлении реостата, сила тока, равна 6 Амперам. Следовательно:
I(0 Ом)=εr..=6
Но при сопротивлении реостата в 4 Ом сила тока равна 2 Амперам. Следовательно:
I(4 Ом)=ε4+r..=2
Получили систему уравнений:
{.εr..=6..ε4+r..=2.)
ε=6r
6r4+r..=2
6r=8+2r
4r=8
r=2 (Ом)
ε=6·2=12 (В)
Теперь можем вычислить искомое сопротивление:
R=12√28..−2=4 (Ом)
Ответ: 4pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF18414Конденсатор подключён к источнику тока последовательно с резистором R=20 кОм (см.
рисунок). В момент времени t=0 ключ замыкают. В этот момент конденсатор полностью разряжен. Результаты измерений силы тока в цепи представлены в таблице.
Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь. Выберите два верных утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.
Ответ:
а) Ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается.
б) Через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился.
в) ЭДС источника тока составляет 6 В.
г) В момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В.
д) В момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В.
Алгоритм решения
1.Проверить истинность каждого утверждения.
2.Записать в ответе только истинные утверждения.
Решение
Согласно утверждению «а», ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается. Но это не так, поскольку в таблице с течением времени сила тока уменьшается.
Утверждение «а» неверно.
Согласно утверждению «б», через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился. Если это было бы так, то сила тока была бы равна 0. Но в момент времени t = 6 с она равна 1 мкА. Следовательно, утверждение «б» неверно.
Согласно утверждению «в», ЭДС источника тока составляет 6 В. Напряжение в цепи в начальный момент времени равно ЭДС источника. Следовательно:
ε=U(при t=0 c)=IR=300 мкА ·20 кОм=0,3·10−3А·20·103Ом=6 (В)
Вывод: утверждение «в» верное.
Согласно утверждению «г», в момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В. Чтобы проверить это, нужно умножить соответствующую силу тока на сопротивление резистора:
U=IR=15 мкА ·20 кОм=0,015·10−3А·20·103Ом=0,3 (В)
Вывод: утверждение «г» неверное.
Согласно утверждению «д», в момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В. Чтобы проверить это, нужно из ЭДС в этот момент времени вычесть напряжение на внешней цепи. Его мы уже нашли.
Оно равно 0,3 В. ЭДС мы тоже нашли. Она равна 6 В. Их разность равна 5,7 В. Следовательно, утверждение «д» верно.
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF18453На рис. 1 изображена зависимость силы тока через светодиод D от приложенного к нему напряжения, а на рис. 2 – схема его включения. Напряжение на светодиоде практически не зависит от силы тока через него в интервале значений 0,05 А<I<0,2 А. Этот светодиод соединён последовательно с резистором R и подключён к источнику с ЭДС E1=6 В. При этом сила тока в цепи равна 0,1 А. Какова сила тока, текущего через светодиод, при замене источника на другой с ЭДС E2=4,5 В? Внутренним сопротивлением источников пренебречь.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.С помощью закона Ома для участка и для полной цепи определить сопротивление на светодиоде.
3.Выполнить решение задачи в общем виде.
4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• ЭДС первого источника тока: ε1=6 В.
• Сила тока, проходящая через светодиод, подключенный к первому источнику тока: I1 = 0,1 А.
• ЭДС второго источника тока: ε2=4,5 В.
Из рисунка 1 следует, что при силе тока, равной I1= 0,1 А напряжение на светодиоде равно UD = 3 В. По закону Ома для участка цепи напряжение на резисторе, будет равно:
U1=I1R
По закону Ома для полной (замкнутой) цепи, имеем:
ε1=U1+UD
Следовательно:
U1=ε1−UD
Тогда сопротивление резистора равно:
R=ε1−UDI1..
Напряжение на светодиоде не зависит от силы тока, проходящего через него в интервале значений (это следует из графика рис. 1), поэтому U2=ε2−UDдля любой силы тока из этого интервала значений, следовательно, сила тока в цепи при изменении ЭДС источника:
I2=U2R.
.=ε2−UDR..=I1ε2−UDε1−UD..
I2=0,14,5−36−3..=0,05 (А)
Ответ: 0,05pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Алиса Никитина | Просмотров: 2k | Оценить:
Полная и переходная электрическая цепь
Электрическую цепь образуют несколько основных элементов. В их число входят:
- источники электрического тока;
- потребители электроэнергии;
- провода, соединяющие все элементы цепи.
Электрическую цепь в процессе изучения изображают в виде схемы. В ней обозначаются все элементы цепи при помощи специальных знаков и символов. Такое графическое изображение упрощает работу профессионалов и дает представление о том или ином виде электрической цепи.
Закон Ома для полной электрической цепи
Для полной электрической цепи используется закон Ома. Он гласит, что направление тока в цепи представляет собой направление к отрицательному источнику тока от положительного его полюса.
Это понятие было на экспериментальном уровне подтверждено еще два столетия назад и правило действует в неизменном виде и в наши дни. Однако передвижение реальных зарядов не всегда совпадает с определенным направлением тока. В металлических проводниках носителями становятся отрицательно заряженные электроны. Они двигаются в противоположном направлении – от отрицательного полюса к положительному. В электролитах реальное перемещение зарядов совпадает, а в некоторых случаях совершает противоположное движение относительно направлению тока. Это зависит от того, отрицательными или положительными ионами являются носители заряда.
Элементы электрической цепи могут включаться в систему двумя способами:
- последовательно;
- параллельно.
Закон Ома для полной цепи может установить связь между:
- силой тока в цепи;
- электродвижущей силой;
- полным сопротивлением цепи.
Полное сопротивление состоит из внутреннего ($r$) и внешнего сопротивления источника тока ($R$).
По определению закона Ома электродвижущая сила ($\varepsilon$) будет равна $A = \varepsilon q$.
Здесь $q$ – это заряд, который перемещается электродвижущей силой.
По стандартному определению тока $q = It$, где $t$ — это время, в течение которого переносится заряд. Тогда получаем уравнение $A = \varepsilon It$.
По закону Джоуля-Ленца тепло, которое выделяется при совершении работы в электрической цепи, будет равно $Q$. Получаем формулу следующего вида:
$Q = I_2 Rt + I_2 rt$
Затем применяем закон сохранения энергии, в том числе приравниваем уже выведенные формулы между собой. Так как, $А = Q$, то и $A = \varepsilon It = Q = I_2 Rt + I_2 rt$.
Итоговое написание закона Ома для полной цепи приобретает вид:
$\varepsilon = IR + Ir$
Отсюда следует, что сила тока в полной цепи будет равна отношению электродвижущей силы цепи к ее полному сопротивлению.
При наличии нескольких источников цепи, соединенных последовательным образом с электродвижущей силой (ЭДС), полная электродвижущая сила равняется сумме ЭДС определенных источников.
Знак электродвижущей силы источника выбирается, исходя из отношения направления обхода контура. Он определяется произвольным способом.
Внутри источника цепи сторонние силы совершают положительную работу. Поэтому процесс можно выразить при помощи следующей формулы:
$\varepsilon =\varepsilon_1 + \varepsilon _2 + \varepsilon_3 = | \varepsilon_1| — | \varepsilon_2| -| \varepsilon_3|$
По закону Ома, рассчитанного для полной электрической цепи, сила тока имеет положительное значение для положительной электродвижущей силы. То есть направление тока во внешней цепи полностью совпадает с направлением обхода контура.
Полное сопротивление цепи, где есть несколько источников, будет равняться сумме внутреннего и внешнего сопротивлений всех источников электродвижущей силы.
$Rn = R + r_1 + r_2 + r_3$
Установившийся режим электрической цепи
Различные переходные процессы можно наблюдать не только в электрической цепи. Подобные физические явления встречаются повсеместно.
Выделяют установившийся и переходный процесс для электрической цепи. Эти режимы работы можно увидеть при анализе процессов в цепях.
Установившийся режим электрической цепи можно наблюдать при подключении к источнику постоянного напряжения. В это время напряжение и токи в отдельных ветвях цепи не меняются с течением времени.
Если в электрической цепи, которая подключена к источнику переменного тока, устанавливается режим с периодическим повторением мгновенных значений токов и напряжений в ветвях, то принято говорить об установившемся режиме. При теоретическом продолжении процессов неограниченно долгое время параметры действующего сигнала в виде напряжения или тока, структура цепи, а также параметры ее элементов не меняются.
Замечание 1
Токи и напряжения при установившемся режиме зависят от типа внешнего воздействия и параметров электрической цепи.
Переходные процессы в электрической цепи
Переходный режим или процесс – это режим, который возникает в электрической цепи в момент перехода с определенного стационарного состояния в другое.
Оно должно по качественным характеристикам отличаться от предыдущего состояния, при этом возникают переходные токи и напряжения. Они сопровождают весь процесс.
Подобное изменение стационарного режима достигается при наличии внешних сигналов в виде включения и отключения источников внешнего воздействия или переключения внутри цепи.
Определение 1
Коммутация – любое изменение в электрической цепи, которое приводит к возникновению переходного процесса. Это действия происходит мгновенно, то есть без большой затраты времени.
Возникновение переходных процессов связано с особенностями изменения запасов энергии в реактивных элементах цепи. Переход к новому стационарному режиму связывают с нарастанием или убыванием энергии. Он сопровождается возникновением переходного процесса, заканчивающийся в момент изменения запаса энергии.
Полная и переходная 📙 электрическая цепь
1. Закон Ома для полной электрической цепи
2. Электрическая цепь в установившемся режиме
3.
Электрическая цепь в переходном режиме
Электрическая цепь включает ряд базовых элементов, таких как:
- источники питания;
- приемники электроэнергии;
- соединительные проводники.
Графическое изображение электрической цепи называют электрической схемой. Ее используют для изучения и расчета цепи, что упрощает работу специалистов. Схема изображается с помощью специальных условных обозначений, каждый из которых соответствует определенному элементу. С помощью электрических схем легко определяют вид цепи и ее параметрические характеристики.
По закону Ома, для полной электрической цепи за направление тока принято считать направление от положительного к отрицательному полюсу источника питания. Данный факт подтвержден экспериментально уже более двухсот лет назад и используется по сей день.
Но все же, реальное направление движения зарядов может не совпадать с данным правилом, так как оно зависит от свойств носителей заряда, то есть являются они положительными или отрицательными.
К примеру, в металлических проводниках заряды переносят электроны, которые заряжены отрицательно, а вот в электролитах носителями заряда являются как отрицательные, так и положительные ионы.
Компоненты в электрической цепи могут соединяться последовательно или параллельно.
Закон Ома для полной цепи связывает между собой базовые параметры: силу тока, электродвижущую силу и полное сопротивление.
Полное сопротивление цепи представлено суммой сопротивлений внешних элементов \(R\) и внутреннего сопротивления источника питания \(r.\)
Согласно закону Ома, работа \(A\), совершаемая ЭДС \(ε\), рассчитывается из следующего выражения:
\(A=εq ,\)
где \(q\) – это заряд, перемещаемый электродвижущей силой.
Заряд рассчитывается следующим образом:
\(q=It,\)
где \(t\) – время перемещения заряда.
Подставив это выражение в первую формулу, получаем:
\(A=εIt.\)
В соответствии с законом Джоуля-Ленца, тепло \(Q\), что выделяет система в процессе совершения работы ЭДС, рассчитывается таким образом:
\(Q=I^2 Rt+I^2 rt.
2 rt.\)
В результате преобразований, получим окончательный вид закона Ома для полной цепи:
\(ε=IR+Ir=I(R+r).\)
Из данного выражения следует, что сила тока в полной цепи рассчитывается как соотношение ЭДС источника питания и полного сопротивления данной цепи.
При наличии несколько источников, что соединены последовательно, полная электродвижущая сила будет равна суммарной ЭДС источников, с учетом их направлений.
В середине источника совершается полезная работа, данный процесс выражается так:
\(ε=ε_1+ε_2+ε_3=|ε_1 |-|ε_2 |-|ε_3 |\)
В полной электрической цепи, согласно закону Ома, сила тока положительна при положительной величине ЭДС. Другими словами, направление их действия совпадает.
Полное сопротивление для цепи, в которую включено несколько источников питания, можно рассчитать как сумму сопротивлений внешних элементов цепи и внутренних сопротивлений всех источников:
\(R_n=R+r_1+r_2+r_3\)
Процессы перехода электрической цепи из одного состояния в другое наблюдаются довольно часто и имеют разнообразные проявления.
В электрических цепях различают переходные и установившиеся режимы.
Установившийся режим наблюдается в цепи с источником постоянного напряжения. При этом сила тока и напряжение на всех участках цепи постоянны во времени.
В электрических цепях с источниками переменного тока, установившимся считается такой режим, когда с постоянной периодичностью повторяются мгновенные значения силы тока и напряжения. То есть, если рассматривать теоретически, то на протяжении длительного периода времени периодически повторяющиеся параметры цепи и ее элементов постоянны.
В установившемся режиме напряжение и сила тока зависимы от внешних воздействий и характеристик цепи.
Под переходным режимом в электрической цепи подразумевается процесс перехода цепи из одного в другое стационарное состояние. Иначе говоря, это промежуточный процесс между состояниями цепи в установившемся режиме. Параметры нового состояния системы будут отличаться от первоначального. В переходном режиме действуют переходные токи и напряжения на протяжении всего процесса перехода.
Такое изменение стационарного состояния вызывается внешним или внутренним воздействием. Внешним может послужить включение либо выключение источника питания, внутренним – любое переключение внутри цепи.
Изменения в электрической цепи, способствующие появлению переходного процесса, называются коммутацией. Подобное изменение проходит молниеносно, практически незаметно.
Переходной процесс связывают со сменой запаса энергии в реактивных компонентах цепи. Поэтому в процессе перехода энергия увеличивается или уменьшается.
Завершение цикла — действие
(4 рейтинга)Нажмите здесь, чтобы оценить
Quick Look
Уровень: 4 (3-5)
Необходимое время: 15 минут
Расходные материалы Стоимость/группа: 2,00 долл. США
Размер группы: 2
Activity Depend08: 900
предметных областей: Алгебра, физика
Ожидаемые характеристики NGSS:
| 4-PS3-2 |
Доля:
TE Информационный бюллетень
youtube.com/embed/4e0Y7PgBul8?modestbranding=1&wmode=transparent&rel=0″ frameborder=»0″ webkitallowfullscreen=»» mozallowfullscreen=»» allowfullscreen=»» title=»Youtube embedded video»> Резюме
В повседневных электрических устройствах, которые мы используем — калькуляторах, пультах дистанционного управления и сотовых телефонах — для замыкания цепи и работы устройства требуется источник напряжения, такой как батарея. В этом практическом занятии учащиеся занимаются научной и инженерной практикой, проводя наблюдения, используя батареи, провода, маленькие лампочки и патроны для лампочек, чтобы исследовать явление электричества и узнать разницу между разомкнутой цепью и замкнутой цепью. . Студенты знакомятся с основными идеями дисциплины и сквозными концепциями электрического тока и передачи энергии, поскольку они понимают идею о том, что электрический ток возникает только в замкнутой цепи. Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).
Инженерное подключение
Инженеры-электрики разрабатывают схемы и батареи для устройств и приборов, которые мы используем каждый день. Схемы можно найти в музыкальных плеерах, компьютерах, видеоиграх, бытовой технике, микроволновых печах, телефонах, телевизорах, камерах, медицинском оборудовании, транспортных средствах и многих других продуктах. Инженеры серьезно относятся к разработке схем, которые работают надежно и безопасно. В то время как во всем мире постоянно разрабатываются новые устройства, инженеры стремятся создавать более безопасные и эффективные продукты, которые в конечном итоге помогают улучшить жизнь людей.
Цели обучения
После этого задания учащиеся должны уметь:
- Определить, распознать, построить и нарисовать замкнутую цепь.
- Объясните, почему для работы любого электрического устройства требуется замкнутая цепь.
- Опишите превращения энергии, происходящие в цепи.
- Используйте правильные операции и соответствующие методы для решения задач закона Ома.
Образовательные стандарты
Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.
Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т.д. .
NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
| Ожидаемая производительность NGSS | ||
|---|---|---|
4-ПС3-2. Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв! | ||
| Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату | ||
| Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS: | ||
| Научная и инженерная практика | Ключевые дисциплинарные идеи | Концепции поперечной резки |
Проводить наблюдения для получения данных, которые служат основой для объяснения явления или проверки проектного решения. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! | Энергия может перемещаться с места на место посредством перемещения объектов или посредством звука, света или электрического тока. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия присутствует всегда, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение. При таких столкновениях часть энергии обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и возникает звук.Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! Свет также переносит энергию с места на место.Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрических токов, которые затем можно локально использовать для создания движения, звука, тепла или света. Токи могли быть созданы для начала путем преобразования энергии движения в электрическую энергию.Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! | Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв! |
Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока. (4 класс)Общие базовые государственные стандарты — математика
- Умножьте или разделите, чтобы решить текстовые задачи, включающие мультипликативное сравнение, например, используя рисунки и уравнения с символом неизвестного числа для представления проблемы, отличая мультипликативное сравнение от аддитивного сравнения.
(Оценка
4) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Используйте четыре операции с целыми числами для решения задач. (Оценка
4) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
- Свободно умножайте многозначные целые числа по стандартному алгоритму.
(Оценка
5) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
(Оценка
4) ПодробнееМеждународная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное вышеКакое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Подписывайся
Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!
PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.
Список материалов
Каждой группе нужно:
- 1 Батарея типа D
- Изолированный провод 5–7 дюймов (13–18 см) (калибр AWG 22) (доступен в большинстве хозяйственных магазинов)
- 1 маленький патрон для лампочки (#40) (дополнительно; продается в большинстве хозяйственных магазинов)
- 1 маленькая лампочка (#40) (продается в большинстве хозяйственных магазинов)
- небольшие инструменты для зачистки проводов или наждачная бумага (для удаления изоляции на концах проводов)
- лента (скотч, малярный или электротехнический)
- 1 Заполнение рабочего листа схемы
- 1 Рабочий лист по закону Ома
Примечание. Эти материалы (кроме ленты и рабочих листов) можно повторно использовать во многих других работах с электричеством. Когда батареи изнашиваются, утилизируйте их на месте утилизации опасных отходов.
Рабочие листы и вложения
Завершение рабочего листа схемы (pdf)
Заполнение ответов на рабочий лист схемы (pdf)
Математический лист по закону Ома (pdf)
Ответы на рабочий лист по закону Ома (pdf)
Посетите [www.
teachengineering.org/activities/view/cub_electricity_lesson03_activity1], чтобы распечатать или загрузить.Больше учебных программ, подобных этому
Высший элементарный урок
Электроны в движении
Учащиеся узнают о текущем электричестве и необходимых условиях для существования электрического тока. Учащиеся строят простую электрическую цепь и гальванический элемент, чтобы понять, что такое напряжение, сила тока и сопротивление.
Электроны в движении
Высший элементарный урок
Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества
Студенты изучают состав и практическое применение параллельных схем по сравнению с последовательными схемами.
Учащиеся проектируют и строят параллельные цепи, исследуют их характеристики и применяют закон Ома.
Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества
Высший элементарный урок
Цепи: один путь для электричества
Учащиеся узнают, что движение заряда по цепи зависит от сопротивления и расположения компонентов цепи. В одном связанном практическом упражнении учащиеся строят и исследуют характеристики последовательных цепей. В другом упражнении учащиеся проектируют и строят фонарики.
Цепи: один путь к электричеству
Высшая элементарная деятельность
Путь электронов
Студенты участвуют в интерактивной демонстрации «горячей картошки», чтобы получить представление о потоке электронов через цепь.
Учащиеся разыгрывают различные части простой цепи и посылают по ней маленькие предметы, представляющие электроны (бумагу или конфеты).
Путь электронов
Введение/Мотивация
Вы когда-нибудь меняли лампочку в лампе? Или вы когда-нибудь наблюдали, как взрослый меняет лампочку в лампе или светильнике? (Некоторые учащиеся ответят «да».) Почему вы поменяли лампочку? (Возможные ответы: Лампа не включалась, лампочка перестала работать.) Что произошло, когда в лампу вставили новую лампочку. (Ответ: Лампа заработала и лампочка загорелась.)
Когда лампочка разбита или перегорела, она не загорается, потому что цепь лампы разомкнута . (Нарисуйте на доске незамкнутый круг, который не соединяет конец с началом). Однако, когда в лампу помещается новая лампочка, цепь лампы замыкается (нарисуйте на доске замкнутый круг), и электроны могут двигаться по цепи и зажигать лампочку.
Помните ли вы, что вы узнали об атомах? Атомы скважин состоят из более мелких частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами. Электроны несут отрицательный электрический заряд и могут быстро переходить от одного атома к другому внутри материала. Этот «поток» электронов от одного конца материала к противоположному называется текущее электричество .
В ходе нашего сегодняшнего занятия вы обнаружите, что для зажигания лампочки в лампе необходим поток электронов. Однако могут произойти вещи, которые остановят движение электронов и выключат лампочку. Что может помешать движению электронов? (Дайте учащимся несколько минут, чтобы подумать об этом.) Что ж, сегодня вы разгадаете эту «загадку» во время занятия.
У вас в доме есть электрические цепи? Кто проектирует эти схемы? (Послушайте идеи учащихся.) Именно инженеры-электрики проектируют схемы для устройств и приборов, которыми мы пользуемся каждый день. Эти схемы можно найти в тостерах, микроволновых печах, сотовых телефонах, DVD-плеерах, видеоиграх и даже в автомобилях и грузовиках.
Можете ли вы представить себе жизнь без некоторых из этих предметов, на которые мы полагаемся в повседневных задачах и развлечениях? Инженеры несут ответственность за проектирование схем, которые работают безопасно и правильно. Таким образом, ваш телевизор не перестанет работать во время любимой телепередачи!
Процедура
Фон
Любой путь, по которому могут двигаться заряды, называется электрической цепью.
Рис. 1. Пример простой замкнутой цепи, созданной с использованием батареи, провода, держателя лампочки и лампочки.
Copyright
Copyright © 2003 Джо Фридрихсен, Программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере
Если на пути есть разрыв, то не может быть тока (потока электрического заряда), и цепь называется обрыв цепи . Однако если путь для движения заряда завершен, то цепь замыкается; ток может быть только в замкнутой цепи .
Электроны не могут накапливаться или исчезать в цепи. Схема может быть простой, как провод, подключенный к обеим клеммам батареи, или такой сложной, как интегральные схемы, которые можно найти в домашнем компьютере.
Перед занятием
- Отрежьте достаточное количество проволоки для каждой пары учащихся.
- Сделайте копии двух рабочих листов.
Со студентами
- Спросите учащихся: в чем разница между открытым и закрытым контуром? (Ответ: Замкнутая цепь — это цепь с полным путем, позволяющим протекать заряду [току]. Разомкнутая цепь — это цепь с разрывом пути, так что заряд не может двигаться. См. пример на рис. 1. замкнутая цепь.) Что такое напряжение? (Ответ: напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Может быть полезно представить напряжение как «электрическое давление», которое заставляет электроны двигаться в проводнике.)
- Пусть каждая команда учащихся возьмет батарейку, лампочку, держатель лампочки и кусок провода.
- Используя инструмент для зачистки проводов или наждачную бумагу, осторожно удалите около 1/4–3/8 дюйма (приблизительно 6–10 мм) изоляции с концов провода.
- Попробуйте соединить аккумулятор, лампочку, держатель лампочки и провод, чтобы лампочка загорелась. При необходимости используйте ленту. Сколькими способами можно подсоединить лампочку/патрон лампочки к аккумулятору, чтобы лампочка загорелась? (Ответ: Нет. У вас только один провод!)
- Теперь разрежьте провод на две части. Снова удалите приблизительно 1/4–3/8 дюйма (около 6–10 мм) изоляции с концов каждого отрезка провода.
- Попробуйте соединить аккумулятор, лампочку, держатель лампочки и два куска провода, чтобы лампочка загорелась. Сколькими способами можно подсоединить лампочку/патрон лампочки к аккумулятору, чтобы лампочка загорелась? Нарисуйте все способы, которые вы нашли. Попробуйте найти как минимум два способа сделать это.
- Теперь, на короткое время соедините клеммы аккумулятора с помощью всего лишь куска провода. (Примечание: это должен быть очень краткий тест, чтобы получить представление об энергии в цепи.) Что вы заметили в батарее и проводе? (Ответ: Батарейка и провод теплые.) В частности, как ощущаются ваши пальцы, когда они держат провод на клеммах батарейки? (Ответ: Пальцы учащихся должны быть немного теплыми.) Как ощущаются батарейка, лампочка и провод после того, как вы выполнили все шаги упражнения? (Ответ: Батарея, лампочка и провод нагрелись после выполнения задания.)
- Попросите учащихся в парах заполнить лист «Завершение схемы».
- (необязательно) Работая в парах, предложите учащимся заполнить математический лист по закону Ома.
(Примечание: это должен быть очень краткий тест, чтобы получить представление об энергии в цепи.) Что вы заметили в батарее и проводе? (Ответ: Батарейка и провод теплые.) В частности, как ощущаются ваши пальцы, когда они держат провод на клеммах батарейки? (Ответ: Пальцы учащихся должны быть немного теплыми.) Как ощущаются батарейка, лампочка и провод после того, как вы выполнили все шаги упражнения? (Ответ: Батарея, лампочка и провод нагрелись после выполнения задания.)Оценка
Предварительная оценка
Вопрос/Ответ: Задайте учащимся вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Напишите ответы на доске и обсудите их в классе.
- В чем разница между открытым и закрытым контуром? (Ответ: Замкнутая цепь — это цепь с полным путем, позволяющим протекать заряду [току]. Разомкнутая цепь — это цепь с разрывом пути, и поэтому заряд не может двигаться.)
- Что такое напряжение? (Ответ: разница электрических потенциалов между двумя точками в цепи. Вы можете думать о напряжении как об «электрическом давлении», которое заставляет электроны двигаться в проводнике.)
Разомкнутая цепь — это цепь с разрывом пути, и поэтому заряд не может двигаться.)Встроенная оценка активности
Вопрос/Ответ: Задайте учащимся вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Напишите ответы на доске и обсудите их в классе.
- Сколько подключений к аккумулятору необходимо, чтобы лампочка загорелась? (Ответ: два. Соединение с положительной клеммой и соединение с отрицательной клеммой.)
- После соединения клемм аккумулятора с помощью всего лишь куска провода, что вы заметили в аккумуляторе и проводе? (Ответ: Батарейка и провод были теплыми.) В частности, какие ощущения у ваших пальцев, когда они держали провод на клеммах батареи? (Ответ: Пальцы учащихся должны быть немного теплыми.)
- Как себя чувствовали батарея, лампочка и провод после того, как вы выполнили все шаги упражнения? (Ответ: батарея, лампочка и провод были теплыми после выполнения задания. )
)Рабочий лист/Проверка в парах: Предложите учащимся работать в парах над выполнением рабочего листа схемы. После того, как команды учащихся закончат свои рабочие листы, попросите их сравнить ответы с группой сверстников, дав всем учащимся время закончить рабочий лист.
Оценка после активности
Рабочие листы по математике/Проверка пар: Предложите учащимся работать в парах над рабочим листом по закону Ома. После того, как команды учащихся закончат свои рабочие листы, попросите их сравнить ответы с группой сверстников, дав всем учащимся время закончить рабочий лист.
Рисование и обсуждение в классе: Предложите учащимся изобразить свои знания в предметной области, нарисовав и пометив некоторые концепции или действия. Например,
- Пусть каждая группа напишет свои определения замкнутых и разомкнутых контуров. Рядом с каждым определением нарисуйте цепь — с одной лампочкой, одной батареей и проводом — разомкнутую или замкнутую.
- Попросите каждую группу нарисовать как можно больше уникальных способов построить замкнутую цепь из одной лампочки, одной батарейки и одного куска провода. Сравните результаты групп в классе и обсудите достоверность каждого рисунка.
Вопросы безопасности
- Попросите учащихся никоим образом не прикасаться ртом к своим цепям (проводам, лампочкам и батареям) из-за возможности поражения электрическим током (не говоря уже о том, что они, вероятно, тоже грязные).
- Подсоединяйте клеммы аккумулятора только с помощью куска провода на короткое время (как показано в шаге 7 в разделе Процедура ). Если провод остается подключенным к клемме в течение длительного времени, это может привести к опасности.
Советы по устранению неполадок
Это задание можно выполнить без патронов для лампочек.
Если учащиеся забудут снять изоляцию с концов провода, у провода не будет хорошего электрического контакта с клеммами аккумулятора.
Может быть полезно провести сравнение между «схемой» и «кругом» для учащихся.
Расширения деятельности
Варианты батареек : Соберите три простые схемы, первую с использованием батарейки ААА, вторую с использованием батарейки АА и третью с использованием батарейки типа D. Попросите учащихся предсказать, какой из трех будет самым ярким. Попросите учащихся сравнить яркость лампочек в каждой цепи. (Ответ: Все батареи должны иметь одинаковую яркость, поскольку напряжения всех трех батарей одинаковы.)
Масштабирование активности
- Для младших классов выберите одну или две реальные задачи из математического листа по закону Ома и решите их вместе, всем классом.
- Для старших классов выполните задание как есть, и пусть учащиеся заполнят рабочий лист по закону Ома по математике индивидуально.
Авторские права
© 2004 Регенты Колорадского университета.
Авторы
Сочитл Замора Томпсон; Сэйбер Дюрен; Джо Фридрихсен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон; Джанет ЙоуэллПрограмма поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в БоулдереБлагодарности
Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда, грант GK-12 №. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 10 декабря 2020 г.
Что нужно для создания простой электрической цепи?
Нас окружают электрические и электронные схемы, и большинство из них не так уж и просты.
Просто посмотрите на свой телефон, возможно, это одно из самых сложных электронных устройств вокруг нас. Или посмотрите на электрическую схему вашего дома, это не только сложно, но и очень опасно. Если бы мы понимали самые основные строительные блоки электрической цепи, мы могли бы понять более сложные и, что более важно, защитить себя от опасностей электричества. Итак, что вам нужно, чтобы сделать простую электрическую цепь?
Для создания простейшей электрической или электронной схемы вам понадобятся четыре вещи.
- А источник питания
- А нагрузка
- А устройство управления
- А токовая цепь
Рассмотрим каждый подробнее
Откуда электрическая цепь получает электрическую энергию?
Все электрические и электронные устройства нуждаются в источнике питания – источнике, который обеспечивает их напряжением и током. Напряжение и ток вместе называются электрической мощностью, а мощность обеспечивает электроэнергией оборудование, которое затем что-то делает для нас.
Например, батарея в вашем телефоне является источником питания для вашего телефона. Розетка подает электроэнергию на ваши бытовые приборы, такие как тостер. Солнечные батареи обеспечивают электроэнергию, которая заряжает ваши батареи.
Батареи 1,5 В, используемые в электроникеДвойная розетка 10 А, используемая в Австралии Солнечные панели на крышеПредыдущий
Следующий
Номинальные характеристики и характеристики источника питания
Для питания любого оборудования первое, что вам нужно, это блок питания, и все блоки питания, как минимум, имеют номинальное напряжение. Номинальное напряжение — это показатель номинального напряжения, которое обеспечивает источник питания.
Например, большинство автомобильных аккумуляторов рассчитано на 12 вольт (В), что является номинальным напряжением. Если у вас есть вольтметр, попробуйте измерить напряжение автомобильного аккумулятора, и вы поймете, что оно не совсем 12, обычно оно выше.
Это похоже на напряжение в вашем доме, если вы живете в Австралии, номинальное напряжение составляет 230 В, но измерение может быть где угодно между 220 и 250 В
Каждому электрическому оборудованию, которое вы видите вокруг, требуется определенное напряжение, и оно будет надежно работать только при этом напряжении. Вот почему, чтобы разобраться в любой схеме, нужно знать напряжение питания.
Но на этом останавливаться нельзя; вам нужны дополнительные характеристики источника питания, если вы хотите иметь надежную систему. Вот еще несколько спецификаций и их примеры
Ампер-час | Вы увидите этот рейтинг на аккумуляторах. Ампер-час также называется емкостью батареи и может показать, как долго батарея может работать |
Номинальная мощность | Некоторые блоки питания, такие как солнечные батареи, имеют характеристики, оканчивающиеся на W, что означает мощность в ваттах. |
Текущий рейтинг | Источники питания, такие как зарядные устройства для телефонов, также дают вам номинальный ток, который является максимальным током, который он может обеспечить при зарядке аккумулятора вашего телефона |
Это максимальная мощность, которую он может обеспечитьВсе схемы предназначены для чего-то
Назначение любой схемы — делать что-то для нас. Например, цепь освещения в вашем доме должна давать вам свет. Все электрические или электронные устройства, которые используют электрическую энергию и взамен вырабатывают другую форму энергии, являются нагрузками.
Вот несколько примеров нагрузок
На самом деле все, что представляет собой электрическая цепь, потребляет электроэнергию, некоторые больше, чем другие, и чаще всего преднамеренно, а некоторые непреднамеренно. Вы могли заметить, что змеевики в некоторых обогревателях при включении загораются оранжевым цветом.
Это световая энергия, но вы рассчитываете получить свет от обогревателя? Возможно, как указание на операцию, но практически бесполезно.
Аналогично этому, каждый компонент в цепи может использовать электричество неожиданным для нас образом. Однако мы рассматриваем устройство как нагрузку только в том случае, если мы намерены что-то получить от него.
Вы должны контролировать ситуацию
В любой электрической или электронной цепи должен быть способ включения или выключения нагрузки, по крайней мере. Это работа управляющего устройства. Существует множество типов управляющих устройств, но самый простой из них — это выключатель, наподобие выключателя света.
Вот несколько примеров устройств управления
Практические схемы имеют много устройств управления, и некоторые устройства могут управлять нагрузкой несколькими различными способами. Например, вы, возможно, заметили, что в некоторых домах снаружи есть свет, который включается, когда есть какое-то движение, которое работает с использованием пассивного инфракрасного (PIR) датчика приближения.
В большинстве случаев эти датчики также имеют переключатель, который отключает их и отключает свет для экономии энергии в дневное время.
Светильники вместе с ИК-датчиком и выключателем станут частью более крупной цепи, которая будет управляться автоматическим выключателем. И ток на этот автоматический выключатель будет поступать от главного автоматического выключателя. Есть еще устройства управления и до них. Автоматические выключатели выполняют двойную функцию: управление цепью, а также ее безопасность, но мы обсудим это в другой теме.
В некоторых случаях устройство управления может физически отсутствовать, когда нагрузка подключена непосредственно к источнику питания. В этих ситуациях точки подключения проводов к клеммам питания действуют как устройства управления. Итак, если вы физически отключите провод, нагрузка отключится от цепи.
Правильный путь
Если вы хотите подключить нагрузку к источнику питания, вам понадобится путь, который позволит току течь сам по себе.
Материалы, которые позволяют току легко течь, считаются хорошими проводниками электричества. Существуют разные степени проводников, например, медный провод лучше проводит электричество, чем алюминий, но оба материала являются проводниками.
Вот несколько проводников с примерами их применения.
Серебро | Серебро, пожалуй, лучший проводник электричества. Достаточно широко используется в контактах выключателей . |
Медь | Медь является наиболее широко используемым проводником в электротехнической и электронной промышленности. Кабели используемые в домовой электропроводке медь |
Алюминий | Алюминий менее проводящий, чем медь, но используется в линиях электропередач из-за его легкости |
Золото не так хорошо проводит электричество, как медь, но оно не так легко ржавеет. |
Многие разъемы имеют позолоченные контакты.Изоляторы
В отличие от проводников некоторые материалы не пропускают ток через себя – их называют изоляторами. Изоляторы не нужны для работы цепи, но необходимы для безопасности цепи и людей.
Например, кабели с оболочкой из термопласта (TPS), вероятно, наиболее широко используются в монтажной электропроводке в Австралии. Пластиковая оболочка является изолятором, а внутри нее находятся медные провода, являющиеся проводниками. Изолятор перекрывает доступ к проводникам, по которым будет течь ток.
Одними из самых популярных изоляторов являются пластмасса, резина, бумага и т. д.
Заключение
Мы только что рассмотрели четыре наиболее важные части электрической цепи. Если какой-либо из них отсутствует, схема не завершена и не будет работать должным образом, если она вообще работала.
Это не означает, что в цепях не используются никакие другие типы деталей.
Есть несколько других типов компонентов, которые могут сделать электрические цепи более безопасными, надежными и простыми в обслуживании или устранении неполадок. Они называются дополнительными компонентами цепи, такими как автоматические выключатели, предохранители, счетчики и т. д., но мы обсудим их в другом посте.
Я надеюсь, что этот пост помог вам понять основные строительные блоки простой электрической цепи. Пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии, если вы хотите дополнить информацию в этом посте.
Спасибо, что заглянули на
Поделиться этим постом
Поделиться на facebook
Поделиться на linkedin
Поделиться на Twitter
Поделиться по электронной почте
Об авторе
Husnen Rupani
Я помогаю организациям по обучению электротехнике повышать вовлеченность учащихся, разрабатывая инновационное учебное оборудование.
У меня есть поговорка: «Электричество — его нельзя увидеть, его нельзя услышать, но когда почувствуешь, может быть уже поздно». Моя главная цель — превратить эту черную магию, которую мы называем электричеством, во что-то понятное людям.
Еще для изучения
Схема испытаний 10: Таймеры
Challenge Circuit 10 Timers
Husnen Rupani 28 сентября 2022 г.
Демонстрация PracStreamer
Знакомство с PracStreamer™ Узнайте, что такое PracStreamer™ и что в него входит. https://youtu.be/Zn9dVn0CzoI Простота настройки Как быстро можно настроить
Husnen Rupani 17 августа 2022 г.
Circuits Unit (Complete)
Чтобы просматривать эти ресурсы без рекламы, войдите или подпишитесь (и помогите поддержать наш сайт).
Цели:
Учащиеся смогут:
1) Описывать, как энергия от батарей по проводам передается в свет (в виде лампочки) и/или тепло.
2) Опишите части цепи (включая разомкнутый и замкнутый выключатель).
3) Опишите разницу между последовательной и параллельной схемой.
4) Соберите простую последовательную и параллельную цепь, используя такие компоненты, как провода, алюминиевая фольга, батарейки и лампочки.
5) Опишите качества материалов, которые сделали бы их проводниками электричества или изоляторами, на основе их экспериментов.
Основные вопросы:
1) Что такое электричество?
2) Что такое проводник?
3) Что такое изолятор?
4) Что такое цепь?
5) Чем отличается последовательное соединение от параллельного?
6) В чем недостаток последовательной проводки всего дома?
Вводное исследование (оценка предварительных знаний):
Электричество Word Merge — Учащиеся определяют ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, используя свои слова.
1. Напишите на доске ЭЛЕКТРИЧЕСТВО и пусть учащиеся по очереди напишут, что, по их мнению, это означает.
2. Также попросите их назвать что-то, что использует электричество.
3. Обсудите, что все думают об электричестве и устройствах, которые его используют.
4. Предложите им подумать об устройствах, использующих электричество, которых они не ожидают, например, о часах в номере, утренних объявлениях, холодильнике для напитков, светящихся знаках выхода и т. д.
Ролевая игра «Электричество»
Цель: Продемонстрировать поведение электрического тока при контакте с проводником и при контакте с изолятором. Для работы электрической цепи
она должна быть непрерывно проведена от источника питания
к устройству его питания. Если цепь разорвана или
заблокирована изолятором, питание не может пройти.
Процедуры:
1. Пусть учащиеся встанут в непрерывную линию бок о бок.
Ученики будут обнимать друг друга за плечи.
2. Первый человек в очереди начинает волну, наклоняясь, а затем снова вставая. Это последовательно потянет всех остальных в линии, имитируя электричество, протекающее через проводник .
4. Следующие учащиеся будут моделировать изолятор . Повторите линию учеников, обняв друг друга за плечи, но на этот раз пусть один ученик в середине опустит руки по бокам. Они по-прежнему должны быть рядом с другими учениками, но не связаны с ними. Опять же, первый человек в очереди наклоняется в поясе и встает. Что происходит?
4. Обсудите со студентами, что произошло на этот раз – как изгибающаяся волна остановилась на незакрепленном студенте. Это имитирует эффект изолятора (неприкрепленного студента), который представляет собой материал, который не позволяет электричеству легко проходить через него.
5. Укажите, что хороший проводник — плохой изолятор, а плохой проводник — хороший изолятор. Проведите мозговой штурм со студентами по двум спискам: один из объектов, которые, по их мнению, будут хорошими проводниками, а другие – хорошими изоляторами. Спросите их, как они узнают, что есть что.
6.
После завершения урока по электричеству и цепям еще раз обсудите эту гипотезу со студентами, чтобы узнать, подтвердили или опровергли их эксперименты с изоляторами и проводниками их предсказания.
О трассах
Слово трасса буквально означает маршрут, который начинается и заканчивается в одном и том же месте. Электрическая цепь имеет источник питания (аккумулятор), соединительные провода (проводники) и устройство, собирающее электроэнергию (нагрузку). Чтобы нагрузка могла получать электричество, цепь должна быть непрерывной. Если цепь разорвана, питание не может пройти для питания нагрузки.
Управление электрическим током:
В электрической цепи должен быть способ контролировать, когда через нее будет проходить ток, а когда нет. Это работа коммутатора . Переключатель может быть разомкнут или замкнут. Замкнутый переключатель удерживает поток электричества, протекающий по цепи для питания устройства.
Разомкнутый переключатель создает разрыв в цепи, поэтому электричество перестает поступать к устройству. Он «разрывает» цепь. Переключатель также можно использовать для изменения пути прохождения электричества в параллельной цепи для питания другого устройства.
Другим способом контроля электрического тока является использование предохранителей . Предохранитель буквально расплавится, если через него будет пропущен слишком большой ток, создав разрыв в цепи, который остановит поток электричества. Это было предназначено для предотвращения возгорания электричества, но требует замены сгоревшего предохранителя на новый
каждый раз, чтобы снова включить ток.
Более новым устройством защиты от тока является выключатель. Выключатель или автоматический выключатель — это переключатель, который предназначен для активации и прерывания потока электроэнергии, когда через систему протекает слишком большой ток, чтобы предотвратить электрический пожар.
Его можно сбросить вручную, поэтому его не нужно каждый раз заменять, как предохранитель.
Вместо того, чтобы просто остановить подачу электричества, иногда необходимо просто уменьшить ток, который получает устройство. Делается это резистором . Резистор может снизить ток, протекающий в более хрупкие устройства, такие как печатная плата компьютера.
Типы цепей
Мы рассмотрим три типа электрических цепей: простые цепи, параллельные цепи и последовательные цепи.
• A простая схема имеет только одно устройство (компонентная нагрузка), которое получает электричество от источника питания и направляет его по проводникам в цепи, чтобы коснуться противоположного конца источника питания (клеммы).
• Цепь серии имеет более одного устройства (компонентные нагрузки), которые соединены встык соединительным проводом (токопроводящим проводом). Если где-то в проводе (проводнике) произойдет обрыв, все устройства обесточатся, потому что цепь разорвалась.
• Параллельная цепь имеет разветвленные пути к каждому устройству (компонентным нагрузкам), получающему электроэнергию. Если провод (проводник) к одному устройству (составной нагрузке) оборван в параллельной цепи, остальные устройства все равно получат питание. Это делает лучшую схему для проводки дома.
Упражнение по созданию простой схемы
Цели:
1. Изучить части схемы.
2. Понимать, как поток электрического тока перемещается между источником питания и устройством и роль проводников.
3. Узнайте, какие материалы проводят электричество, а какие нет.
Материалы для каждой группы :
• 1 батарея типа D или C
• 4 полоски алюминиевой фольги шириной около 1 см (1/2 дюйма) и длиной 12–15 см (5–6 дюймов)
• 1 лампочка для фонарика (1,5–3 вольта)
• прочная резиновая лента
• 1 зажим типа «крокодил» для каждой группы
• 1 квадратный картон (можно вырезать из коробки с хлопьями)
• ножницы
• скотч
• пенни
• карандаш
• пластиковая ручка
• металлическая ручка или ложка
Указания:
1.
Каждая группа должна выложить свои 4 полоски фольги в квадрат и загнуть углы вместе (см. схему).
2. С помощью ножниц отрежьте левую боковую полосу посередине, загните каждый конец в клапан и вставьте батарею между клапанами. Приклейте оловянную фольгу на место (см. схему).
3. Используя резиновую ленту, прикрепите сложенные концы фольги к клеммам аккумулятора на каждом конце.
4. Теперь разрежьте нижнюю полоску посередине и загните клапаны. Это представляет собой открытый переключатель.
5. Теперь разрежьте правую полоску посередине. Закрепите верхний конец скотчем (см. схему).
6. Надежно зажмите металлическую нижнюю часть лампы в зажиме типа «крокодил». Затем оберните край нижнего конца правой полоски вокруг зажима «крокодил» (см. схему).
7. Установите лампу на верхний конец (см. схему).
8. Сожмите пальцами два клапана нижней полоски вместе. Это замкнет переключатель.
9. Что происходит? Объясните это с точки зрения активной электрической цепи в техпаспорте.
