Сила тока напряжение сопротивление: Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Мы начинаем публикацию материалов новой рубрики “Основы электроники“, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление 🙂 Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома, который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно.

Итак, давайте начнем с понятия напряжения.

Напряжение.

По определению напряжение – 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). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля – это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

U = Ed

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи – это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, “напряжение в резисторе” – не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и “землей”. Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию “земля” 🙂 Так вот “землей” в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 🙂

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны… Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное

напряжение:

Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

F = Ee

где e − это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток 🙂

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока (I) – это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения, теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин “сопротивление” уже говорит сам за себя 🙂

Итак, сопротивление – физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

• удельного сопротивления проводника \rho
• длины проводника l
• площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление – это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

R = \rho\medspace \frac{l}{S}

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) – удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace Ом

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом 🙂

С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Закон Ома.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники – закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

I = \frac{U}{R}

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

I = \frac{10}{200} = 0.05 = 50\medspaceмА

Как видите, все несложно 🙂 Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч!

Теория по физике для ЕГЭ, пособия по подготовке и справочные материалы в Москве

Электрический ток. Сила тока. Условия существования постоянного тока в цепи. Электродвижущая сила (ЭДС). Сопротивление. Напряжение. Измерение силы тока и напряжения.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

Сила тока — количественная характеристика электрического тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда \(q\), прошедшего через поперечное сечение проводника за время \(t\), к этому времени. \[\fbox{$I=\dfrac{q}{t}$}\]

Единицы измерения: \(\displaystyle [\text{А}]\) (Ампер).

Условия существования постоянного тока в цепи:

• наличие свободных заряженных частиц

• наличие электрического поля (разности потенциалов на концах проводника)

Электродвижущая сила (ЭДС)

Для того, чтобы ввести понятие ЭДС, разберемся сначала со сторонними силами.

По цепи идёт ток, стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм. Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока.

\(R\) — сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

Сторонняя сила \(\vec{F}_\text{ст}\) не имеет отношения к стационарному электрическому полю. Обозначим через \(A_\text{ст}\) работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы \(A_\text{ст}\) называется также

работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда q вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, \(A_\text{ст}\) — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле не может поддерживать постоянный ток. Опыт показывает, что работа \(A_\text{ст}\) прямо пропорциональна перемещаемому заряду \(q\). Поэтому отношение \(\displaystyle \frac{A_\text{ст}}{q}\) уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается \(\mathscr{E}\): \[\fbox{$\mathscr{E}=\dfrac{A_\text{ст}}{q}$}\] Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока.

Единицы измерения: \(\displaystyle [\text{В}]\) (Вольт).

Электрическое напряжение между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.

Единицы измерения: \(\displaystyle [\text{В}]\) (Вольт).

Измерение силы тока и напряжения

• Для измерения силы тока используется измерительный прибор — амперметр. Включается в цепь

  последовательно.

• Для измерения напряжения используется измерительный прибор — вольтметр. Включается в цепь параллельно.

Основы электроники. Ток, напряжение, сопротивление.

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

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

Напряжение.

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

Для определения электрического потенциала необходимо выбрать точку нулевого потенциала, относительно которой будет вестись отсчет. Обычно за ноль потенциала принимают минус питания – это так называемая «земля». Рассмотрим простейшую цепочку, состоящую из источника напряжения и нагрузки – то есть резистора. Пусть напряжение источника равно 10 В, а сопротивление – 5 Ом.

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

Ток.

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

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

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

Сопротивление.

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

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

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

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

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

Рассмотрим параллельное соединение:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ток, напряжение, сопротивление

---

Электрика » Электрика начинающим » Ток и напряжение

---

Электрический ток ( I ) — это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики — движение электронов. Безусловно.

Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.

Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.

Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

• Наличие свободных носителей заряда
• Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно.

Электрическое поле — это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы «одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются» можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика — напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ.

Здесь:

• E — напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
• Δφ=φ1-φ2 — разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них — хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε.

Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U ).

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε.

Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.

Сопротивление ( R ) — название говорит само за себя — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома. Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S.

Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.

Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

Ток — Ампер (А)
Напряжение — Вольт (В)
Сопротивление — Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Взаимосвязь и разница между напряжением, током и сопротивлением —

Приступая к изучению мира электроники и электричества, очень важно начать с понимания основ напряжения (v), тока (c) и сопротивление (R) . Эти три основных принципа являются основными строительными блоками, необходимыми для использования электроэнергии. Сначала эти концепции могут быть трудными для понимания, потому что мы не можем их видеть. Невозможно увидеть поток энергии по проводу глазами.

Даже молния в небе, хотя и видимая, на самом деле не является обменом энергии, происходящим от облака к планете, однако это реакция воздуха на энергию, проходящую через него. Итак, чтобы заметить эту передачу энергии, мы должны использовать измерительные инструменты, такие как анализатор спектра, мультиметр и осциллограф. Этот осциллограф используется для визуализации того, что происходит с зарядом в системе. Эта статья расскажет вам об основных отношениях и различиях между напряжением и током, а также о соотношении между током и напряжением.

Связь между напряжением, током и сопротивлением.

. Основное соотношение между V, I и R в электрической цепи называется законом Ома. .Все материалы состоят из атомов, каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Если протоны имеют отрицательный электрический заряд, нейтроны не имеют электрического заряда, а электроны имеют отрицательный электрический заряд. Эти трое вместе в атоме. Но если мы отделим их друг от друга, они захотят реформироваться, чтобы проявить потенциал притяжения, называемый разностью потенциалов.

Когда мы строим замкнутую цепь, эти электроны движутся и возвращаются к протонам из-за их притяжения, чтобы создать поток электронов, это называется электрическим током.Электроны не текут свободно из-за ограничения потока электронов, это называется сопротивлением.

Тогда все основные схемы состоят из трех отдельных величин, а именно напряжения, тока и сопротивления.

Электрический заряд

Электричество — это движение электронов, оно создает заряд, который мы можем подключить для выполнения работы, вашего света, телефона, стереосистемы и т. Д. Все они работают с использованием основного источника энергии, то есть движения электронов . Три основных принципа, такие как напряжение, ток и сопротивление, можно обсудить, используя электроны или, точнее, заряд, который они создают.Основное различие между током и напряжением заключается в том, что если приложить разность потенциалов между двумя точками в любом материале, в принципе может существовать ток.

• Напряжение определяется как разность потенциалов между двумя точками электрического заряда.
• Ток — это поток электронов.
• Сопротивление определяется как способность материала ограничивать прохождение тока.

Итак, когда мы обсуждаем эти значения, поведение электронов в замкнутой цепи позволяет заряду перемещаться из одного места в другое.Основные компоненты, используемые в схеме, позволяют нам контролировать заряд и использовать его для работы. Так, баварский ученый Георг Ом изучал электричество. Он описал единицу сопротивления, которая определяется напряжением и током. Разница между напряжением и током и сопротивлением обсуждается ниже.

Закон Ома

Закон Ома определяется как соотношение между тремя величинами, такими как сопротивление, напряжение и ток. Он выводится по формуле V = IR, где

Закон Ом

• Напряжение V измеряется в вольтах
• Ток I измеряется в амперах
• Сопротивление R измеряется в омах.

В этом уравнении напряжение равно току, умноженному на сопротивление. Используя методы алгебры, мы можем использовать это уравнение в двух вариантах для решения тока и напряжения отдельно.

V = IR

Из приведенного выше уравнения закона Ома мы можем рассчитать значения тока и напряжения, используя следующие уравнения.
I = V / R
R = V / I
В приведенной ниже схеме есть источники напряжения, сопротивления и тока, а именно аккумулятор для напряжения, лампа является только одним источником сопротивления и тока.Это позволяет очень просто применять закон Ома. Если нам известны любые два значения напряжения, тока и сопротивления, мы можем вычислить третье, используя закон Ома.

Принципиальная электрическая схема V, I и R

В приведенной выше схеме, когда указаны значения напряжения и сопротивления, мы можем вычислить величину тока. Сила тока в приведенной выше схеме составляет
В = 12 В, R = 3 Ом
I = V / R => 12 В / 3 Ом = 4 А

Разница между напряжением, током и сопротивлением

Основное различие между ними в основном заключается в том, что определение напряжения, сопротивления и тока.Различия между V, I и R обсуждаются ниже.

Напряжение определяется как разность зарядов между двумя точками цепи, также называемая электродвижущей силой. Он измеряется в вольтах (1 В = 1 джоуль / кулон (В = Вт / Кл)). Одна точка имеет больше заряда, чем другая. Единица вольт названа в честь изобретения итальянского физика Алессандро Вольта. Термин «вольт» на схемах обозначен буквой V. Измерителем напряжения является вольтметр.Напряжение — это источник, а ток — его результат, это может происходить без тока. Напряжение распределяется по различным электронным компонентам, которые соединены последовательно в цепи, и напряжение в параллельной цепи одинаково для всех компонентов, которые соединены параллельно.

Ток определяется как скорость протекания электрического заряда в цепи. Обозначается символом «I». Единица измерения тока — ампер или сила тока, а 1 ампер = 1 кулон в секунду. Измеритель силы тока — амперметр.Ток одинаков во всех последовательно соединенных компонентах. И ток распределяется при параллельном соединении компонентов.

Сопротивление определяется как сопротивление, которое вещество оказывает протеканию электрического тока. Обозначается буквой R. Единицей измерения сопротивления является ом, а измерителем сопротивления — мультиметр.

Разница между напряжением, током и сопротивлением

При описании разницы между напряжением, сопротивлением и током по общей аналогии используется резервуар для воды.Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте от земли. Внизу этого резервуара для воды есть трубка. В этом резервуаре заряд обозначается количеством воды, напряжение обозначается давлением воды, а сила тока обозначается потоком воды. Поэтому запомните следующие термины: заряд — это вода, напряжение — это давление, а ток — это поток воды.

Обычный резервуар для воды

Это все о взаимосвязи и разнице между напряжением, током и сопротивлением.Теперь вы должны понять основные концепции этих трех терминов и то, как они связаны. Закон Ома — это основной принцип анализа электрических цепей. Кроме того, если вы хотите изучить более сложные приложения закона Ома, оставьте свой отзыв в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какие инструменты используются для измерения напряжения, тока и сопротивления.

Кредиты на фото:

.

Напряжение, ток и сопротивление | HowStuffWorks

Как упоминалось ранее, количество электронов, движущихся в цепи, называется током и измеряется в амперах. «Давление», толкающее электроны, называется напряжением и измеряется в вольтах. Если вы живете в Соединенных Штатах, розетки в стене вашего дома или квартиры выдают 120 вольт каждая.

Если вам известны соответствующие амперы и вольты, вы можете определить количество потребляемой электроэнергии, которое мы обычно измеряем в ватт-часах или киловатт-часах .Представьте, что вы подключаете обогреватель к розетке. Вы измеряете силу тока, протекающую от розетки к обогревателю, и она составляет 10 ампер. Это означает, что это нагреватель мощностью 1200 ватт. Если вы умножите вольт на ампер, вы получите мощность. В этом случае 120 вольт, умноженное на 10 ампер, равняется 1200 ваттам. Это верно для любого электрического прибора. Если вы подключите свет, и он потребляет половину усилителя, это будет лампочка на 60 Вт.

Объявление

Допустим, вы включаете обогреватель, а затем смотрите на измеритель мощности снаружи.Счетчик предназначен для измерения количества электричества, поступающего в ваш дом, чтобы энергетическая компания могла выставить вам счет за него. Предположим — мы знаем, что это маловероятно — что в доме больше ничего не включено, поэтому счетчик измеряет только электричество, используемое обогревателем.

Ваш обогреватель потребляет 1,2 кВт (1200 Вт). Если вы оставите обогреватель включенным на один час, вы будете использовать 1,2 киловатт-часа электроэнергии. Если ваша энергетическая компания взимает с вас 10 центов за киловатт-час, то энергетическая компания будет взимать с вас 12 центов за каждый час, когда вы оставляете обогреватель.

Теперь добавим еще один коэффициент к току и напряжению: сопротивление , которое измеряется в Ом . Мы можем расширить аналогию с водой, чтобы понять сопротивление. Напряжение равно давлению воды, сила тока равна скорости потока, а сопротивление равно размеру трубы.

Основное уравнение электротехники, называемое законом Ома, объясняет, как соотносятся три члена. Ток равен напряжению, деленному на сопротивление.Написано так:

I = V / R

, где I означает ток (измеренный в амперах), В, — напряжение (измеренное в вольтах), а R — сопротивление (измеренное в омах).

Допустим, у вас есть резервуар с водой под давлением, подключенный к шлангу, который вы используете для полива сада. Если увеличить давление в баке, из шланга будет выходить больше воды, верно? То же самое и с электрической системой: увеличение напряжения приведет к большему току.

Теперь предположим, что вы увеличили диаметр шланга и всех фитингов бака. Эта регулировка также приведет к тому, что из шланга будет выходить больше воды. Это похоже на уменьшение сопротивления в электрической системе, что увеличивает ток.

Если вы посмотрите на обычную лампочку накаливания, вы увидите аналогию с водой в действии. Нить накаливания лампочки — очень тонкий провод. Эта тонкая проволока сопротивляется потоку электронов. Вы можете рассчитать сопротивление провода с помощью уравнения сопротивления.

Допустим, у вас есть лампочка мощностью 120 Вт, подключенная к розетке. Напряжение составляет 120 вольт, а через 120-ваттную лампочку протекает 1 ампер. Вы можете рассчитать сопротивление нити накала, изменив уравнение:

R = V / I

Значит сопротивление 120 Ом.

Помимо этих основных электрических концепций, существует практическое различие между двумя разновидностями тока. Часть тока является постоянным, а часть — переменным — и это очень важное различие.

.

Ток, сопротивление, напряжение и мощность

Текущий
Ток — это мера потока электрического заряда через материал. Материал, который может переносить поток заряда, называется проводником. Ток определяется как количество заряда, которое проходит через проводник за определенное время. Единицей измерения тока является ампер (А), который равен одному кулону в секунду (кулон — единица заряда),

Символ I используется для обозначения тока (хотя часто используется J . в инженерных источниках).Ток I через проводник зависит от его площади A , концентрации n носителей заряда, величины заряда q каждого носителя и величины их средней (или «дрейфующей») скорости. v _d ,

Плотность тока — это количество тока, протекающего через проводник, деленное на его площадь,

Направление потока тока определяется в терминах потока положительных зарядов (даже если фактические носители заряда отрицательны).Единица измерения плотности тока — Амперы на квадратный метр (А / м ² ).

Удельное сопротивление
Некоторые проводники переносят заряд легче, чем другие. Удельное сопротивление материала описывает, насколько легко может течь заряд. Хорошие проводники имеют небольшое удельное сопротивление, а хорошие изоляторы — большое. Удельное сопротивление ρ (греческая буква «ро») равно величине электрического поля в материале, деленной на плотность тока,

Единицей измерения величины электрического поля является вольт на метр (В / м), а единицей измерения плотности тока является ампер на квадратный метр (А / м ² ), поэтому единицей измерения удельного сопротивления является вольт-метр на ампер,

Многие проводники подчиняются закону Ома.Материалы, которые подчиняются закону Ома, обладают постоянным удельным сопротивлением независимо от значений электрического поля E и плотности тока J. Формулы, относящиеся к цепям, верны для «омических» материалов, а «неомические» материалы в этом курсе не обсуждаются.

Удельное сопротивление омического проводника зависит от температуры материала. Зависимое от температуры удельное сопротивление ρ (T) можно найти по формуле:

Эта формула требует ρ ₀ , удельного сопротивления при эталонной температуре T ₀ .Температурный коэффициент удельного сопротивления α различен для каждого материала. Для температур в градусах Цельсия (℃) температурный коэффициент удельного сопротивления имеет единицы: 1 / ℃ = (℃) ^(-1)

Сопротивление
Удельное сопротивление — это свойство типа материала, а сопротивление — это свойство определенной части этого материала. Сопротивление отрезка проводника зависит от его длины L, площади A и удельного сопротивления ρ,

Единицей измерения сопротивления является Ом, который обозначается греческой буквой Ω («омега»).Один Ом равен одному Вольту на Ампер,

Сопротивление зависит от температуры так же, как удельное сопротивление,

Для этой формулы требуется R ₀ , сопротивление при эталонной температуре T ₀ . Температурный коэффициент α отличается для каждого материала, как описано в разделе Сопротивление .

Резистор — это устройство, которое используется в электрических цепях и имеет определенное фиксированное сопротивление. Резисторы изготавливаются путем выбора куска материала с определенным удельным сопротивлением, длиной и площадью и обертывания его изолятором с проводами, выходящими из каждого конца.На принципиальных схемах он представлен символом

Напряжение
Напряжение — это разница в электрическом потенциале между двумя точками. Если электрическое поле в проводнике однородно, разность потенциалов будет равна,

Используя уравнения в Ток, Удельное сопротивление, и Сопротивление секций, можно найти другое уравнение для разности потенциалов,

Уравнение V = IR означает, что разность потенциалов или напряжение на резисторе можно найти, умножив его сопротивление на ток, протекающий через него.Единицей измерения разности потенциалов является вольт (В), который равен джоуля на кулон (Дж / Кл).

Источник напряжения — это устройство, используемое в электрических цепях, которое имеет фиксированную разность потенциалов между его концами. Источником напряжения может быть аккумулятор или другой источник постоянного тока с фиксированной разностью потенциалов. На принципиальных схемах он представлен символом

Если концы источника напряжения соединены через цепь с любым количеством резисторов или других компонентов, образуется полная цепь, и ток может течь от одного вывода. к другому.Если ток течет, он будет одинаковым на обоих выводах источника напряжения.

Источник напряжения, который является частью законченной схемы, может создавать электродвижущую силу, которая обозначается символом ε («скрипт e»). Единицей измерения электродвижущей силы является вольт (В), который равен джоуля на кулон (Дж / Кл). Для идеального источника электродвижущая сила равна разнице напряжений,

Настоящие источники, такие как батареи, не идеальны, поэтому существует некоторое внутреннее сопротивление.Если внутреннее сопротивление батареи равно r, то разница напряжений на батарее равна

Это также называется напряжением на клеммах батареи. Если полная цепь сделана с использованием резистора с сопротивлением R, ток, протекающий по цепи, можно найти с помощью уравнения V = IR,

Ток равно электродвижущей силе источника, деленной на полное сопротивление цепи.

Мощность
Мощность (P) — это мера скорости, с которой энергия передается или используется элементом схемы. Источники напряжения поставляют мощность, а резисторы используют мощность (рассеивая ее в виде тепла). Мощность равна напряжению на элементе схемы, умноженному на ток, протекающий через него,

Единицей измерения мощности является ватт (Вт), который равен джоулям в секунду,

Это соотношение можно найти по формуле для мощности,

Мощность, потребляемая или рассеиваемая резистором, может быть найдена по формуле V = IR.Эта формула может использоваться для замены напряжения или тока в формуле мощности,

,

и

Выходная мощность батареи с внутренним сопротивлением может быть равна найдено с использованием формулы V = ε-Ir и формулы для мощности,

.

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома | ОРЕЛ

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

Напряжение — все дело в потенциале

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

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

Напряжение в сети

Подобно наличию возможности двигаться или нет, напряжение накапливается электрической энергией , с потенциалом движения .Именно эта сила напряжения побуждает электроны течь по цепи и заставляет их работать час за часом.

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

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

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

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

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

Отец напряжения — Алессандро Вольта

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

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

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

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

Однако

Вольта не обошелся без своих причуд. Пока ему не исполнилось четыре года, он не произнес ни слова, и его родители боялись, что он либо умственно отсталый. Хорошо, что они ошибались!

Ток — плывя по течению

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

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

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

Ток в электричестве

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

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

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

Обычный поток с электричеством, протекающим от положительной к отрицательной стороне батареи.

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

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

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

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

Человек, стоящий за течением — Андре-Мари Ампер

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

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

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

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

Сопротивление — это материальный мир

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

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

Сопротивление электричеству

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

Сопротивление измеряется в Ом Ом, и оно напрямую зависит от тока и напряжения. Вот простой пример: чем больше у вас сопротивление, тем меньше тока может протекать по цепи. Это похоже на бег: чем гуще грязь, тем медленнее вы бежите. Обратное также работает, если вы увеличиваете напряжение, чтобы ваш ток двигался быстрее, чем ваше сопротивление будет меньше влиять на вашу схему.

Мастер сопротивления — Георг Симон Ом

Георг Ом — Человек, который объединил напряжение, ток , ток и сопротивление в известный ныне закон Ома.(Источник изображения)

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

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

Объединяя все вместе с Законом Ома

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

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

Собирая все это вместе, мы приходим к закону Ома:

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

Использование треугольника Ома

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

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

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

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

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

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

Сопротивление бесполезно

Понимать, как напряжение, ток и сопротивление работают вместе, было не так уж сложно, не так ли? Надеемся, что в следующий раз, когда вы отправитесь на утреннюю пробежку, вы по-новому взглянете на электричество. Почувствуйте, как ваши ноги летят по тротуару или грязи, и помните, что это сопротивление. А когда вы проверяете, как далеко вы пробежали, то видите, как поток движется! И та сила, которая вытащила тебя из постели и заставила бежать? Напряжение.

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

.