Сопротивление резисторов: полное руководство по расчету и применению

Как рассчитать сопротивление резистора по цветовой маркировке. Какие факторы влияют на сопротивление резистора. Как правильно подобрать резистор для схемы. Чем отличается резистор от сопротивления.

Что такое сопротивление резистора и в чем оно измеряется

Сопротивление резистора — это способность компонента ограничивать протекание электрического тока. Измеряется сопротивление в Омах (Ом). Чем выше значение сопротивления, тем сильнее резистор препятствует прохождению тока.

Основные единицы измерения сопротивления:

• Ом (Ω) — базовая единица
• кОм (kΩ) — килоом, 1 кОм = 1000 Ом
• МОм (MΩ) — мегаом, 1 МОм = 1 000 000 Ом

Сопротивление резистора определяется его конструкцией и материалом. Чаще всего используются углеродистые, металлопленочные и проволочные резисторы.

Как рассчитать сопротивление резистора по цветовой маркировке

Большинство резисторов имеют цветовую маркировку в виде полосок, по которой можно определить номинальное сопротивление. Каждый цвет соответствует определенной цифре:

• Черный — 0
• Коричневый — 1
• Красный — 2
• Оранжевый — 3
• Желтый — 4
• Зеленый — 5
• Синий — 6
• Фиолетовый — 7
• Серый — 8
• Белый — 9

Для расчета сопротивления нужно:

1. Определить первые две цифры по цветам первых двух полосок
2. Умножить получившееся число на множитель, соответствующий цвету третьей полоски
3. Четвертая полоска указывает на допуск (погрешность)

Например, резистор с полосками коричневый-черный-оранжевый-золотой имеет сопротивление 10 * 1000 = 10 кОм с допуском ±5%.

Факторы, влияющие на сопротивление резистора

На фактическое сопротивление резистора могут влиять различные факторы:

Температура

При нагреве сопротивление большинства резисторов увеличивается. Это характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Чем ниже ТКС, тем стабильнее резистор при изменении температуры.

Влажность

Повышенная влажность может привести к изменению сопротивления, особенно у углеродистых резисторов. Металлопленочные и проволочные резисторы более устойчивы к влаге.

Напряжение

При высоком напряжении может возникнуть нелинейность вольт-амперной характеристики резистора. Это особенно актуально для резисторов с большим номиналом.

Старение

С течением времени характеристики резистора могут изменяться из-за физико-химических процессов в материале. Это приводит к постепенному дрейфу сопротивления.

Как правильно подобрать резистор для схемы

При выборе резистора для электронной схемы нужно учитывать несколько параметров:

Номинальное сопротивление

Выбирается исходя из расчета схемы. Если точное значение отсутствует в стандартном ряду, используют ближайшее.

Допуск

Для большинства схем подходят резисторы с допуском ±5% или ±1%. В прецизионных схемах могут потребоваться резисторы с допуском ±0.1%.

Мощность рассеивания

Определяется по формуле P = I^2 * R, где I — ток через резистор. Выбирают резистор с запасом по мощности, обычно в 2-3 раза больше расчетной.

Тип резистора

Углеродистые подходят для большинства схем. Металлопленочные обеспечивают лучшую стабильность. Проволочные применяются для больших мощностей.

Разница между резистором и сопротивлением

Хотя термины «резистор» и «сопротивление» часто используются как синонимы, между ними есть важное различие:

• Резистор — это конкретный электронный компонент, имеющий определенное значение сопротивления.
• Сопротивление — это физическое свойство материала или компонента препятствовать протеканию электрического тока.

Таким образом, резистор обладает сопротивлением, но не каждое сопротивление является резистором. Например, провода также имеют некоторое сопротивление, хотя и очень малое.

Применение резисторов в электронных схемах

Резисторы широко используются в электронике для выполнения различных функций:

Ограничение тока

Резисторы часто применяются для ограничения тока через светодиоды, транзисторы и другие компоненты. Это защищает элементы от перегрузки.

Делители напряжения

Последовательное соединение резисторов позволяет разделить входное напряжение на необходимые уровни. Это используется, например, для подключения аналоговых датчиков.

Фильтрация

В сочетании с конденсаторами резисторы образуют RC-фильтры, которые применяются для подавления помех и выделения сигналов определенной частоты.

Обратная связь

В усилителях резисторы в цепи обратной связи определяют коэффициент усиления и стабилизируют работу схемы.

Расчет параллельного и последовательного соединения резисторов

При соединении нескольких резисторов их общее сопротивление рассчитывается по-разному в зависимости от типа соединения:

Последовательное соединение

При последовательном подключении резисторов их сопротивления складываются:

R_общ = R1 + R2 + R3 + …

Например, для резисторов 100 Ом, 220 Ом и 330 Ом общее сопротивление составит 650 Ом.

Параллельное соединение

Для параллельного соединения используется формула:

1/R_общ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

Для двух резисторов можно использовать упрощенную формулу:

R_общ = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Например, при параллельном соединении резисторов 100 Ом и 200 Ом общее сопротивление будет 66.7 Ом.

Нестандартные типы резисторов и их применение

Помимо обычных постоянных резисторов, существуют специальные типы с особыми свойствами:

Переменные резисторы (потенциометры)

Позволяют изменять сопротивление в процессе работы. Применяются для регулировки громкости, яркости и других параметров.

Термисторы

Резисторы, сильно меняющие сопротивление при изменении температуры. Используются в термометрах и системах температурной компенсации.

Фоторезисторы

Изменяют сопротивление в зависимости от освещенности. Применяются в датчиках света, системах автоматического управления освещением.

Варисторы

Резисторы, резко уменьшающие сопротивление при превышении определенного напряжения. Используются для защиты от перенапряжений.

Понимание принципов работы и правильного применения резисторов — важный навык для любого специалиста в области электроники. Это позволяет создавать надежные и эффективные схемы для широкого спектра применений.

в чем измеряется, от чего зависит

Автор Aluarius На чтение 7 мин. Просмотров 3.6k. Опубликовано 13.05.2020

В чем измеряется сопротивление резистора

Чтобы ответить на вопрос в чем измеряется сопротивление резистора, нужно обратиться к стандартизации и наукам об измерениях. Международная и общепринятая схема цветовых кодов резисторов была разработана много лет назад как простой и быстрый способ определения омического значения резистора независимо от его размера или состояния. Он состоит из набора отдельных цветных колец или полос в спектральном порядке, представляющих каждую цифру значения резисторов. Сила сопротивления определеяет качество резистора.

Цветовая маркировка резистора всегда считывается по одной полосе за раз, начиная слева направо, с большей полосой допуска ширины, ориентированной на правую сторону, что указывает на ее допуск. Путем сопоставления цвета первой полосы с соответствующим номером в столбце цифр цветовой диаграммы под первой цифрой идентифицируется, и это представляет первую цифру значения сопротивления.

Опять же, сопоставляя цвет второй полосы с соответствующим номером в столбце цифр цветовой диаграммы, мы получаем вторую цифру значения сопротивления и так далее. Затем цветовой код резистора читается слева направо, как показано ниже:

 

Это система маркировки. Резисторы бывают разных размеров и значений сопротивления, а чтобы вычислить нужный, и существуют формулы расчета. Резисторы изготавливаются по определенной стандартной сетке, которая подходит для большинства целей. Чтобы не быть голословными, нужно приложить цветовую таблицу.

Вместо последовательных значений сопротивления от 1 Ом (базовая единица измерений) и выше, определенные значения резисторов существуют в определенных пределах допуска. Допуск резистора представляет собой максимальную разницу между его фактическим значением и требуемым значением и обычно выражается как зависимость положительного или отрицательного значения в процентах. Например, резистор с допуском 1 кОм ± 20% может иметь максимальное и минимальное значение сопротивления:

Максимальное значение сопротивления

• 1 кОм или 1000 Ом + 20% = 1200 Ом

Минимальное значение сопротивления

• 1 кОм или 1000 Ом — 20% = 800 Ом

От чего зависит сопротивление резистора

Температура и последовательность включения — два главных фактора, которые определяют сопротивление в цепи. Но помимо этих показателей есть и допуски. Как же измерять? В большинстве электрических или электронных цепей большой 20% -ный допуск на один и тот же резистор, как правило, не является проблемой, но если для высокоточных цепей, таких как фильтры, генераторы или усилители и т. д., требуются резисторы с малым допуском, то необходимо использовать резистор с правильным допуском. Так как резистор с допуском 20% обычно не может использоваться для замены типа допуска 2% или даже 1%.

Цветовой код пяти- и шестиполосного резистора чаще всего ассоциируется с высокопрецизионными типами пленок 1% и 2%, в то время как универсальные садовые разновидности 5% и 10% общего назначения обычно используют четырехполосный цветовой код резистора. Резисторы имеют различные допуски, но наиболее распространенными являются E12 и E24 .

Е12 серия поставляется в двенадцати значений сопротивления за десятилетие (А десятилетие , представляющее кратные 10, то есть 10, 100, 1000 и т.д.), в то время как Е24 серия приходит в двадцать четыре значений за десятилетие и E96 серии девяносто шесть значений за десятилетие. Серия E192 с очень высокой точностью теперь доступна с допусками до ± 0,1%, что дает массивные 192 значения отдельных резисторов за десятилетие.

Как зависит от температуры

Чем выше температура, тем выше сопротивление. Это связано с быстрой скоростью движения атомов внутри твердого тела. Обратное явление — сверхпроводимость при низких температурах. Опять же, не забываем про погрешность.

От других параметров

Если резистор подключен в сложную цепь с множеством преобразующих, защитных, трансформирующих, компрессирующих устройств, то он будет иметь другое, отличное от стандартного, сопротивление, так как часть напряжения все равно будет проходить через него в нескомпрессированном виде, что не позволит ему отработать как следует. Чтобы более точно узнать удельный ток и сопротивление, показатель, полученный в расчетах, нужно уменьшить или увеличить на заданную величину.

Как найти сопротивление резистора в цепи

Система цветового кода резистора хороша, но нам нужно понять, как ее применять, чтобы получить правильное значение резистора. «Левая» или наиболее значимая цветная полоса — это полоса, ближайшая к соединительному выводу, полосы с цветовой кодировкой читаются слева направо следующим образом:

Цифра, цифра, множитель = цвет, цвет х 10 ^цветов в омах (Ω)

Например, резистор имеет следующие схемы маркировки;

Желтый Фиолетовый Красный = 4 7 2 = 4 7 x 10 ² = 4700 Ом или 4 кОм Ом.

Типичные допуски на резисторы для пленочных резисторов варьируются от 1% до 10%, в то время как для углеродных резисторов допуски составляют до 20%. Резисторы с допусками ниже 2% называются прецизионными, а резисторы с более низким допуском более дорогими. Само напряжение играет малую роль.

Большинство пятиполосных резисторов являются прецизионными резисторами с допусками 1% или 2%, в то время как большинство четырехполосных резисторов имеют допуски 5%, 10% и 20%. Цветовой код, используемый для обозначения номинального допуска резистора, имеет вид:

Коричневый = 1%, красный = 2%, золото = 5%, серебро = 10%

При параллельном соединении

Как находить сопротивление при параллельном соединении? По формуле: 1 / Rобщ = (1 / R1) + (1 / R2) + … + (1 / Rn).

При последовательном соединении

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении в электрической цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи): R = R 1 + R 2.

Могут ли быть погрешности и какие

Если резистор не имеет четвертой полосы допусков, тогда допуск по умолчанию будет обозначаться 20% . Остальной ток будет рассеиваться.

Иногда проще запомнить цветовой код резистора, используя короткие, легко запоминающиеся предложения в форме выражений, рифм и фраз, называемых акростихами , в которых есть отдельное слово в предложении для представления каждого из десяти + двух цветов.

Полученная мнемоника сопоставляет первую букву каждого слова каждому цвету, который составляет цветовой код резисторов в порядке возрастания величины, и есть много разных мнемонических фраз, которые можно использовать. Однако эти высказывания часто бывают очень грубыми, но тем не менее эффективными для запоминания цветов резисторов, но все же помогают определить сопротивление.

Таблица погрешнойстей для более точного определения сопротивления

Коды допусков для резисторов (±)

B = 0,1%

С = 0,25%

D = 0,5%

F = 1%

G = 2%

J = 5%

К = 10%

М = 20%

Кроме того, при чтении этих письменных кодов соблюдайте осторожность, чтобы не перепутать букву сопротивления k для килограммов с буквой допуска K для допуска 10% или буквой сопротивления M для мегаом с буквой допуска M для допуска 20%.

Как использовать на практике

Существует множество различных типов резисторов, которые можно использовать как в электрических, так и в электронных цепях для управления током или для падения напряжения различными способами. Но для того, чтобы сделать это, реальный резистор должен иметь некоторую форму «резистивного» или «резистивного» значения. Резисторы доступны в диапазоне различных значений сопротивления от долей Ом ( Ом ) до миллионов Ом.

Очевидно, что было бы нецелесообразно иметь в наличии резисторов каждого возможного значения , например, 1 Ом , 2 Ом , 3Ω , 4Ω и т.д., потому что буквально десятки сотен тысяч, если не десятки миллионов различных резисторов должны существовать , чтобы покрыть все возможные значения. Вместо этого резисторы изготавливаются в так называемых «предпочтительных значениях», а их значения сопротивления печатаются на корпусе цветными чернилами.

Значение сопротивления, допуск и номинальная мощность обычно печатаются на корпусе резистора в виде цифр или букв, когда корпус резистора достаточно большой, чтобы считывать отпечаток, например, большие силовые резисторы. Но когда резистор маленький, такой как углеродный или пленочный тип на 1/4 Вт, эти характеристики должны быть показаны другим способом, так как отпечаток будет слишком маленьким для чтения. Подача большого напряжения нагреет краску и расплавит надписи.

Таким образом, чтобы преодолеть это, маленькие резисторы используют цветные окрашенные полосы, чтобы указать как их значение сопротивления, так и их допуск с физическим размером резистора, указывающим его номинальную мощность. Эти цветные окрашенные полосы производят систему идентификации, обычно известную как цветовой код резисторов.

 

1.2. Основные характеристики резисторов | Электротехника

Номинальной величиной сопротивления называют ука­зываемое на резисторе значение сопротивле­ния, являющееся средним для данной совокупности.

Для расчета сопротивления резистора можно использовать формулу:

R = r _{,                                                             (1.1)}

где S – площадь поперечного сечения резистора, равная S = ab, если резистор сделан из ленты шириной а и толщиной b; и S = (pD²) / 4 – если резистор выполнен из круглой проволоки; r – удельное сопротивление резистора; l – длина резистора.

Если резистор выполнен из нескольких участков (по типу пленочного), то сопротивление будет определяться формой последовательного или параллельного соединения участков. Например, для резистора, состоящего из трех участков (рис. 1.2), сопротивление участков пленки R₁ и R_2, соединенных последовательно, определяется суммой: R_å = R₁ + R₂, а участки R_å и R₃ соединены параллельно, поэтому для них результирующая расчетная формула будет иметь вид:

R = _{,                              (1. 2)}

где R₁, R₂, R_{3 –} сопротивления соответствующих участков пленочного резистора.

Допуском называют установленные для данной совокупности ре­зисторов предельные отклонения от номинальной величины сопро­тивления.

Номинальной мощностью рассеяния называют мак­симально допустимую мощность, которую резистор может рассеи­вать при непрерывной электрической нагрузке и заданной темпера­туре окружающей среды, не изменяя параметров свыше норм, ус­тановленных техническими условиями.

Электрической прочностью резистора называют пре­дельное рабочее напряжение, которое кратковременно прикладывается к выводам резисто­ра без нарушения его работоспособности. Максимальное напряжение, которое может быть подано на резистор, не должно превышать значения, рассчитанного, исходя из номинальной мощности рассеяния и сопротивления:

P_ном = U_max² /R,                                                      (1. 3)

откуда                                                     U_max =_,

где R = R_{T –} ∆R – сопротивление резистора с учетом температурных изменений сопротивления. Для определения R_T существует формула:

R_T = R[1 + a(T – 20)],                                               (1.4)

где a – температурный коэффициент сопротивления резистора.

Допустимое напряжение резистора (U_доп) – характеристика, определяющая верхнюю границу использования резистора по напряжению. Для понимания этой характеристики можно воспользоваться упрощенной эквивалентной схемой резистора (рис. 1.3), а также формулой для расчета U_доп:

U_доп = _,                                               (1.5)

где P – мощность, выделяющаяся на резисторе; R_н – номинальное сопротивление; w = 2pf – круговая частота; С_{п –} паразитная емкость.

Уровень собственных шумов резистора определяется переменным электрическим напряжением на его зажимах вслед­ствие теплового изменения объемной концентрации электронов в его проводящем элементе. Кроме тепловых шумов, в проводящем элементе резистора с зернистой структурой возникают токовые шумы, связанные с изме­нением контактных сопротивлений между зернами проводящего элемента. 

Температурный коэффициент сопротивления резистора (ТКR или a) определяет изменение величины сопротивления резистора при изменении температуры на 1 °С.

Коэффициент напряжения характеризует нелинейную зависимость величины сопротивления резистора от приложенного напряжения, проявляющуюся в неметаллических проводящих эле­ментах. Для реостатов важной характеристикой является падение напряжения, для определения которого может быть использована формула :

∆U = IR,                                                             (1.6)

где I = jS; j – плотность
тока, S – площадь сечения резистора.

Стабильность резисторов характеризуется изменением величины сопротивления в результате влияния как внешних (влаж­ности, температуры), так и внутренних (физико-химических про­цессов в проводящем слое) факторов. Эти изменения могут быть как обратимыми (свойства резисторов восстанавливаются при прекращении действия воз­буждающего фактора), так и необратимыми (свойства резисторов не восстанавлива­ются).

Одним из сильнодействующих факторов, влияющих на стабильность резисторов, является влажность, вызывающая как обратимые, так и необратимые изменения сопротивления.

Стабильность резисторов к действию влаги оценивается коэффициентом влагостойкости, выражающим относительное изменение величины сопротивления резистора в условиях повышенной влаж­ности, по сравнению с величиной сопротивления в нормальных ус­ловиях за определенный период времени.

Старение резисторов характеризуется изменением величины сопротивления резистора от времени и происходит как при хранении, так и при эксплуатации. Причинами старения являются локальные перегревы проводящего элемента, электролитические процессы, процессы деструкции материалов под действием электрического поля, нагрева и неблагоприятных воздействий окружающей среды (влажности, химического загрязнения, солнечного света и др. ).

ВЫВОД: основной характеристикой резисторов является сопротивление. Кроме номинального значения сопротивления, для резисторов важны такие характеристики как допуск, номинальная мощность рассеяния, электрическая прочность, температурный коэффициент сопротивления, уровень шумов, стабильность резисторов (в том числе стойкость к старению).

Разница между резистором и сопротивлением

Резистор и сопротивление — два самых фундаментальных понятия в электронике. Эти две идеи играют жизненно важную роль почти в каждом электронном устройстве, которое мы используем сегодня. Все мы знаем, что резистор — это способность сопротивляться протеканию через него электрического тока, а сопротивление — это свойство, в силу которого материал сопротивляется протеканию через него тока, называется сопротивлением. Давайте углубимся в сравнение между резистором и сопротивлением.

Определение резистора:

Резистор — это электрический и электронный компонент с заданным электрическим сопротивлением, например, 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 10000 Ом и т. д.

Определение сопротивления:

Сопротивление — это свойство проводника, которое может определять количество тока, проходящего через него, когда к нему приложена разность потенциалов.

Основные ключевые различия между резистором и сопротивлением перечислены ниже:

• В резисторе любой материал, который имеет некоторое сопротивление, называется резистором. В то время как сопротивление — это свойство, благодаря которому материал сопротивляется протеканию тока через него, называется сопротивлением.
• Резистор — это компонент с главным образом резистивным поведением при использовании в электрической цепи, когда емкостью и индуктивностью можно пренебречь. Сопротивление — это мера количества этого резистивного поведения.
• Резистор — это оборудование/компонент, используемый для добавления сопротивления в данной цепи, в то время как сопротивление — это свойство проводника, противодействующее протекающему через него току при заданном напряжении. Р = VI
• Резистор представляет собой электротехническое предприятие с заданным электрическим сопротивлением, например, 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 10000 Ом и т. д. Сопротивление — это свойство проводника, которое может определять величину тока, проходящего через него при изменении разности потенциалов. применяется поперек него.

Дополнительная информация:

Резистор и сопротивление — два самых фундаментальных понятия в электронике. Эти две идеи играют жизненно важную роль почти в каждом электронном устройстве, которое мы используем сегодня. Все мы знаем, что резистор — это способность сопротивляться протеканию через него электрического тока, а сопротивление — это свойство, в силу которого материал сопротивляется протеканию через него тока, называется сопротивлением. Давайте углубимся в сравнение между резистором и сопротивлением.

Определение резистора:

Резистор — это электрический и электронный компонент с заданным электрическим сопротивлением, например, 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 10000 Ом и т. д.

Определение сопротивления:

Сопротивление — это свойство проводника, которое может определять количество тока, проходящего через него, когда к нему приложена разность потенциалов.

Основные ключевые различия между резистором и сопротивлением перечислены ниже:

• В резисторе любой материал, который имеет некоторое сопротивление, называется резистором. В то время как сопротивление — это свойство, благодаря которому материал сопротивляется протеканию тока через него, называется сопротивлением.
• Резистор — это компонент с главным образом резистивным поведением при использовании в электрической цепи, когда емкостью и индуктивностью можно пренебречь. Сопротивление — это мера количества этого резистивного поведения.
• Резистор — это оборудование/компонент, используемый для добавления сопротивления в данной цепи, в то время как сопротивление — это свойство проводника, противодействующее протекающему через него току при заданном напряжении. Р = VI
• Резистор представляет собой электротехническое предприятие с заданным электрическим сопротивлением, например, 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 10000 Ом и т. д. Сопротивление — это свойство проводника, которое может определять величину тока, проходящего через него при изменении разности потенциалов. применяется поперек него.

Узнать больше:

Почему напряжение не меняется при изменении сопротивления резистора?

Вы можете считать провода резисторами 0 Ом, а потенциал (напряжение) в каждой точке вдоль них одинаковыми. Таким образом, все провода, соединенные вместе, имеют одинаковый потенциал, и каждая точка вдоль каждого провода в этом «узле» имеет такой же потенциал.

Думайте о проводах как о способе соединения различных элементов цепи, чтобы привести их все к одному и тому же напряжению.

Это верно из-за закона Ома. Если вы считаете, что каждый отрезок провода не имеет сопротивления 0 Ом, то разность потенциалов между двумя концами этого отрезка провода должна быть:

$$ V = I \times R = I \times 0\Omega = 0V $$

Неважно, какой ток течет по проводу, все, что умножается на ноль, равно нулю, и мы можем заключить, что, «шагая» по проводу, измеряя напряжение на каждом шагу, вы сталкиваетесь с вообще никаких изменений. Все точки длинного провода имеют одинаковый потенциал.

В вашей цепи есть резистор, который имеет номинал , а не 0 Ом, поэтому принцип, который мы только что описали, здесь неприменим. Закон Ома, опять же, говорит нам, какое «изменение» напряжения мы можем ожидать при переходе через резистор от одного конца к другому: 5V $$

Итак, когда вы перешагнете через резистор на провод с другой стороны, вы обнаружите изменение потенциала на 5В. Если вы затем продолжите свое путешествие по этому другому проводу, как мы установили ранее, потенциал останется одним и тем же во всех точках провода, пока вы не доберетесь до следующего компонента.

Это похоже на путешествие по городу. Вы стартуете на какой-то высоте над уровнем моря и начинаете свое путешествие. Вы идете вверх по холму к заправке, потом через мост, потом вверх по другому холму к кинотеатру, вниз по ступенькам к берегу, через еще один мост и обратно туда, откуда вы начали. Затем главное, что нужно отметить, это то, что теперь вы должны быть на той же высоте, что и в начале (если только вы не летите или не плаваете в грязи).

Ваша высота поднимается и опускается во время путешествия, точно так же, как повышается и понижается напряжение, когда вы путешествуете по замкнутому контуру в цепи, но вы всегда оказываетесь на той же высоте (потенциале), с которой вы начали. Провода похожи на плоские участки земли, где высота/напряжение не меняются. Когда вы сталкиваетесь с препятствиями, такими как холм (аналог сопротивления, например), ваша высота/напряжение обязательно должны измениться, если вы хотите пересечь его.

В контексте электроники этот принцип называется законом напряжения Кирхгофа (KVL), который гласит, что все изменения напряжения на всех компонентах любого замкнутого контура цепи должны равняться нулю. Запомни это!

Давайте пройдемся по контуру вашей схемы и увидим KVL в действии. Мы пойдем против часовой стрелки, начиная с нижней части батареи, ее отрицательной клеммы. Сначала мы делаем простое замечание, что на самом деле мы не знаем, каков потенциал, точно так же, как вы никогда не знаете, какова ваша высота над уровнем моря (если у вас нет устройства GPS или какого-либо другого инструмента, чтобы сказать вам). Дело в том, что нам все равно. Мы могли бы назвать эту точку «Х», или «+25 В», или миллион вольт, это не имеет значения, пока мы возвращаемся, мы оказываемся на том же уровне. Однако, чтобы упростить арифметику, мы будем называть эту точку «землей». Это означает «ноль вольт», 0 В, и мы придерживаемся этого заявления до самого конца. Вы можете назвать любую точку в цепи «землей», это не имеет никакого значения для поведения цепи, но обычно вы выбираете землю, которая имеет для вас смысл. С земли каждое изменение потенциала, с которым мы сталкиваемся, связано с этой нулевой точкой, и это значительно упрощает математику.

Начните с шага вверх по батарее. Роль батареи в жизни заключается в обеспечении известного постоянного изменения потенциала от одной клеммы к другой. В этом случае напряжение батареи составляет 5 В, и мы сталкиваемся с повышением потенциала на 90 079 при переходе через него к его положительному выводу от 0 В до + 5 В.

Далее делаем шаг по верхнему проводу, справа налево. Помните, провод не имеет сопротивления, и, следовательно, по закону Ома не может быть никакого изменения потенциала, когда мы делаем этот шаг. То же самое касается любого количества шагов по этому проводу, потенциал не меняется от +5В.

Продолжая, мы, в конце концов, достигаем вершины резистора, который в этой цепи пропускает именно то количество тока, которое необходимо для того, чтобы разница между двумя его выводами составляла 5 В. Другими словами, когда мы делаем шаг вниз по резистору, мы заметим, что потенциал изменяется (падает) на 5 В, возвращая нас к 0 В! Направление тока очень важно, потому что оно определяет, будет ли изменение потенциала повышением или понижением. В резисторах ток всегда течет со стороны более высокого потенциала к более низкому, подобно тому как вода течет из областей более высокого давления в области более низкого давления. Вот почему здесь потенциал сбрасывает , когда мы движемся в направлении, в котором течет ток в цепи.

Как только мы доберемся до нижнего участка провода в вашей цепи, где потенциал (согласно нашим расчетам) теперь равен 0 В, при движении по этому проводу потенциал не изменится, вплоть до отрицательной клеммы аккумулятора. Весь путь вернул нас туда, откуда мы начали, в 0V.

Теперь все это отвечает на вопрос, почему напряжение внизу резистора должно быть 0В, а напряжение вверху +5В, но не решает вопрос, как резистор «узнает» иметь ровно 5V через него. Чтобы понять это, сравните роль батареи и резистора. батарея накладывает напряжение , это его работа. Мы можем сказать, что напряжение на батарее представляет собой некоторую известную фиксированную величину, и если вы соедините ее с каким-либо другим компонентом проводами, это напряжение будет равно , наложенному на клеммы другого компонента. Помните, что это назначение проводов, чтобы гарантировать, что потенциалы всех вещей, которые он соединяет, равны. В вашей схеме фиксированная разность потенциалов в 5 В, создаваемая батареей, передается по проводам и резко подается на резистор.

Резистор в этой цепи получает от батареи указание, какое напряжение должно быть на нем, и резистор реагирует пропусканием электрического тока в соответствии с законом Ома. Используя провода и батарею, мы настояли на том, чтобы напряжение на резисторе было точно 5 В, и у резистора нет выбора в этом вопросе, но он имеет право голоса в том, какой ток течет. Он будет пропускать точно такое количество тока, чтобы удовлетворялось условие, что напряжение на нем будет равно произведению тока через него на его сопротивление, соотношение, которое мы называем законом Ома. Учитывая, что мы знаем напряжение на резисторе, а также знаем его сопротивление, вот закон Ома, примененный к резистору в вашей цепи:

$$ I = \frac{V}{R} = \frac{5V}{44\Omega} = 0,1136A = 113,6 мА $$

Так не должно быть. Возможно, вы знаете ток через резистор и напряжение на нем, но не знаете его сопротивления. В этих обстоятельствах вы можете изменить формулу для получения сопротивления:

$$ R = \frac{V}{I} = \frac{5V}{0,1136A} = 44\Omega$$

В каком-то смысле это не так. действительно уместно сказать, что напряжение на каком-либо компоненте вызывает протекание тока через него или что ток, проходящий через компонент, вызывает на нем напряжение.