Как узнать мощность если известна сила тока и напряжение: Как рассчитать силу тока, рассчитать мощность, ампераж

Работа с ЛАТРом. Контроль тока

Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР) — прибор, предназначенный для настройки и тестирования разнообразного электрооборудования в условиях лаборатории или исследовательского центра. Работа с ним подразумевает знание и понимание основных физических законов, в частности закона Ома.

Но сегодня данное устройство можно встретить на приусадебных участках, на пасеках и фермах, в различных мастерских и производственных цехах. Нередко его используют для демонстрации оборудования на выставках и при съемках видеороликов.

Чтобы работать с ЛАТРом было легко и безопасно даже неподготовленному человеку, приведем обязательный минимум теоретической информации и правила регулировки прибора.

Основной характеристикой любого лабораторного автотрансформатора является максимально допустимый ток. Он указывается в паспорте устройства. Например, ЛАТР SUNTEK 500 ВА имеет максимально допустимый ток 2А.

Превышение этого параметра ведет к перегреву и перегоранию обмотки катушки. Прибор выходит из строя. И самое неприятное, что ремонт при такой поломке нецелесообразен. Замена катушки обойдется в ту же сумму, что и покупка нового ЛАТРа.

Поэтому при работе с ЛАТРом 
главное правило — не превышать максимально допустимый ток.

Контроль тока

Сила тока, проходящего по обмоткам автотрансформатора, зависит от двух величин: мощность нагрузки и выходное напряжение.

Ток ЛАТРа = Мощность нагрузки / Вых. напряжение

То есть, подключение того или иного оборудования (нагрузки) с различной потребляемой мощностью и регулирование напряжение на выходе ЛАТРа при помощи поворотной ручки изменяет значение силы тока. А значит, чтобы не превысить максимально допустимый ток ЛАТРа, делать все манипуляции с прибором надо осознанно, понимая значение каждой величины и постоянно контролируя ток по формуле.

Например, к ЛАТРу SUNTEK 500 ВА (2 А) нужно подключить нагрузку 50 ВА при напряжении 110 Вольт. Перед тем как приступить к работе с ЛАТРом, проверяем значение тока по формуле.

50 / 110 = 0,45

Ток не превышает 2 А. Значит к ЛАТРу можно смело подключать такую нагрузку при таком напряжении.

Отдельно стоить остановиться на вопросе потребляемой мощности подключаемых к ЛАТРу электроприборов. Как правило, в технической документации потребляемая мощность указывается в Ваттах (Вт) — это активная мощность, но при расчетах необходимо использовать полную мощность, измеряемую в Вольт-Амперах (ВА). Если не уходить глубоко в теорию, то для приборов без электродвигателя полная мощность равна активной, а для приборов с электродвигателями — равна активной мощности разделенной на 0,7. К тому же необходимо учесть, что в момент пуска двигателя потребляемая мощность возрастает в несколько раз. Поэтому к ЛАТРу можно подключать приборы с электродвигателями только, если их полная мощность составляет не более одной трети от номинала ЛАТРа.

Используя формулу контроля тока, также можно определить предельную мощность подключаемой нагрузки или диапазон выходного напряжения.

Мощность нагрузки (от 0 до ? ВА)

Очевидно, что уменьшать нагрузку можно до бесконечности, и даже вовсе ее не подключать (нагрузка 0), ток при этом не возрастет. А вот какую максимальную нагрузку можно подключить к ЛАТРу, если известен максимально допустимый ток и выходное напряжение? Проведем расчет используя данные из прошлого примера (максимальный ток ЛАТРа — 2 А, необходимое выходное напряжение — 110 Вольт). Из формулы, указанной выше, выведем мощность нагрузки:

Мощность нагрузки = Вых. напряжение * Максимальный ток ЛАТРа

110*2= 220 ВА

Получается, что к ЛАТРу SUNTEK 500 ВА (2 А) при выходном напряжении 110 Вольт нельзя подключать нагрузку больше 220 ВА.

Выходное напряжение (от ? до 300 Вольт)

Из первой формулы, используемой для контроля тока, видно, что увеличение выходного напряжения приводит только к снижению тока на обмотках автотрансформатора. Поэтому верхний порог данной величины ограничивается лишь конструктивными особенностями ЛАТРа конкретного производителя. Во всех моделях ЛАТРов SUNTEK напряжение на выходе можно увеличивать вплоть до 300 Вольт. А насколько можно уменьшить выходное напряжение, если известен максимально допустимый ток и мощность нагрузки, рассчитаем по формуле. Данные опять возьмем из первого примера: ЛАТР с максимальным током 2 А, мощность подключенной нагрузки — 50 ВА. Формулу модифицируем для расчета напряжения:

Вых. напряжение = Мощность нагрузки / Максимальный ток ЛАТРа

50 / 2 = 25 Вольт

Получаем, что при нагрузке 50 ВА, регулировочную ручку ЛАТРа 2 А нельзя устанавливать на значение меньше 25 Вольт. Это приведет к превышению максимально допустимого тока.

Правила безопасности

При работе с лабораторным автотрансформатором чрезвычайно важно соблюдать правила безопасности. Это позволит избежать поражения электрическим током и убережет сам ЛАТР от поломки.

Нельзя:

— подключать к сети прибор со снятым корпусом,

— подсоединять или отсоединять провода от клеммной колодки, если ЛАТР подключен к сети,

— резко крутить регулировочную ручку,

— оставлять прибор без присмотра, а также работать с ЛАТРом непрерывно более 6 часов,

— накрывать работающий прибор, а также использовать его в помещении с высокой влажностью или температурой,

— эксплуатировать прибор, если появились признаки поломки (дым, горелый запах, вибрация, шум).

Лабораторные автотрансформаторы (ЛАТРы) SUNTEK точны, надежны и безопасны в использовании. В них заложен большой эксплуатационный ресурс. При правильном использовании и постоянном контроле тока ЛАТРы SUNTEK прослужат долгие годы.

10 формул по физике

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Формулы составляют скелет науки об электронике. Вместо того, чтобы сваливать на стол целую кучу радиоэлементов, а потом переподключать их между собой, пытаясь выяснить, что же появится на свет в результате, опытные специалисты сразу строят новые схемы на основе известных математических и физических законов. Именно формулы помогают определять конкретные значения номиналов электронных компонентов и рабочих параметров схем.

Точно так же эффективно использовать формулы для модернизации уже готовых схем. К примеру, для того, чтобы выбрать правильный резистор в схеме с лампочкой, можно применить базовый закон Ома для постоянного тока (о нем можно будет прочесть в разделе “Соотношения закона Ома” сразу после нашего лирического вступления). Лампочку можно заставить, таким образом, светить более ярко или, наоборот — притушить.

В этой главе будут приведены многие основные формулы физики, с которыми рано или поздно приходится сталкиваться в процессе работы в электронике. Некоторые из них известны уже столетия, но мы до сих пор продолжаем ими успешно пользоваться, как будут пользоваться и наши внуки.

Соотношения закона Ома

Закон Ома представляет собой взаимное соотношение между напряжением, током, сопротивлением и мощностью. Все выводимые формулы для расчета каждой из указанных величин представлены в таблице:

В этой таблице используются следующие общепринятые обозначения физических величин:

U — напряжение (В),

I — ток (А),

Р — мощность (Вт),

R — сопротивление (Ом),

Потренируемся на следующем примере: пусть нужно найти мощность схемы. Известно, что напряжение на ее выводах составляет 100 В, а ток— 10 А. Тогда мощность согласно закону Ома будет равна 100 х 10 = 1000 Вт. Полученное значение можно использовать для расчета, скажем, номинала предохранителя, который нужно ввести в устройство, или, к примеру, для оценки счета за электричество, который вам лично принесет электрик из ЖЭК в конце месяца.

А вот другой пример: пусть нужно узнать номинал резистора в цепи с лампочкой, если известно, какой ток мы хотим пропускать через эту цепь. По закону Ома ток равен:

I = U / R

Схема, состоящая из лампочки, резистора и источника питания (батареи) показана на рисунке. Используя приведенную формулу, вычислить искомое сопротивление сможет даже школьник.

Что же в этой формуле есть что? Рассмотрим переменные подробнее.

> U пит (иногда также обозначается как V или Е): напряжение питания. Вследствие того, что при прохождении тока через лампочку на ней падает какое-то напряжение, величину этого падения (обычно рабочее напряжение лампочки, в нашем случае 3,5 В) нужно вычесть из напряжения источника питания. К примеру, если Uпит = 12 В, то U = 8,5 В при условии, что на лампочке падает 3,5 В.

>  I: ток (измеряется в амперах), который планируется пропустить через лампочку. В нашем случае – 50 мА. Так как в формуле ток указывается в амперах, то 50 миллиампер составляет лишь малую его часть: 0,050 А.

> R: искомое сопротивление токоограничивающего резистора, в омах.

В продолжение, можно проставить в формулу расчета сопротивления реальные цифры вместо U, I и R:

R = U/I = 8,5 В / 0,050 А= 170 Ом

Расчёты сопротивления

Рассчитать сопротивление одного резистора в простой цепи достаточно просто. Однако с добавлением в нее других резисторов, параллельно или последовательно, общее сопротивление цепи также изменяется. Суммарное сопротивление нескольких соединенных последовательно резисторов равно сумме отдельных сопротивлений каждого из них. Для параллельного же соединения все немного сложнее.

Почему нужно обращать внимание на способ соединения компонентов между собой? На то есть сразу несколько причин.

> Сопротивления резисторов составляют только некоторый фиксированный ряд номиналов. В некоторых схемах значение сопротивления должно быть рассчитано точно, но, поскольку резистор именно такого номинала может и не существовать вообще, то приходится соединять несколько элементов последовательно или параллельно.

> Резисторы — не единственные компоненты, которые имеют сопротивление. К примеру, витки обмотки электромотора также обладают некоторым сопротивлением току. Во многих практических задачах приходится рассчитывать суммарное сопротивление всей цепи.

Расчет сопротивления последовательных резисторов

Формула для вычисления суммарного сопротивления резисторов, соединенных между собой последовательно, проста до неприличия. Нужно просто сложить все сопротивления:

Rобщ = Rl + R2 + R3 + … (столько раз, сколько есть элементов)

В данном случае величины Rl, R2, R3 и так далее — сопротивления отдельных резисторов или других компонентов цепи, а Rобщ — результирующая величина.

Так, к примеру, если имеется цепь из двух соединенных последовательно резисторов с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, то суммарное сопротивление этого участка схемы будет равно 3,4 кОм.

Расчет сопротивления параллельных резисторов

Все немного усложняется, если требуется вычислить сопротивление цепи, состоящей из параллельных резисторов. Формула приобретает вид:

R общ = R1 * R2 / (R1 ­­+ R2)

где R1 и R2 — сопротивления отдельных резисторов или других элементов цепи, а Rобщ -результирующая величина. Так, если взять те же самые резисторы с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, но соединенные параллельно, получим

776,47 = 2640000 / 3400

Для расчета результирующего сопротивления электрической цепи из трех и более резисторов используется следующая формула:

Здесь снова величины Rl, R2, R3 и так далее — сопротивления отдельных резисторов, a Rобщ — суммарная величина.

Расчёты ёмкости

Формулы, приведенные выше, справедливы и для расчета емкостей, только с точностью до наоборот. Так же, как и для резисторов, их можно расширить для любого количества компонентов в цепи.

Расчет емкости параллельных конденсаторов

Если нужно вычислить емкость цепи, состоящей из параллельных конденсаторов, необходимо просто сложить их номиналы:

Собщ = CI + С2 + СЗ + …

В этой формуле CI, С2 и СЗ — емкости отдельных конденсаторов, а Собщ суммирующая величина.

Расчет емкости последовательных конденсаторов

Для вычисления общей емкости пары связанных последовательно конденсаторов применяется следующая формула:

Собщ  = С1 * С2 /( С1+С2)

где С1 и С2 — значения емкости каждого из конденсаторов, а Собщ — общая емкость цепи

Расчет емкости трех и более последовательно соединенных конденсаторов

В схеме имеются конденсаторы? Много? Ничего страшного: даже если все они связаны последовательно, всегда можно найти результирующую емкость этой цепи:

И здесь опять величины C1, С2, СЗ и так далее — емкости отдельных конденсаторов, а Собщ. — суммарная величина.

Так зачем же вязать последовательно сразу несколько конденсаторов, когда могло хватить одного? Одним из логических объяснений этому факту служит необходимость получения конкретного номинала емкости цепи, аналога которому в стандартном ряду номиналов не существует. Иногда приходится идти и по более тернистому пути, особенно в чувствительных схемах, как, например, радиоприемники.

Расчёт энергетических уравнений

Наиболее широко на практике применяют такую единицу измерения энергии, как киловатт-часы или, если это касается электроники, ватт-часы. Рассчитать затраченную схемой энергию можно, зная длительность времени, на протяжении которого устройство включено. Формула для расчета такова:

ватт-часы = Р х Т

В этой формуле литера Р обозначает мощность потребления, выраженную в ваттах, а Т — время работы в часах. В физике принято выражать количество затраченной энергии в ватт-секундах, или Джоулях. Для расчета энергии в этих единицах ватт-часы делят на 3600.

Расчёт постоянной ёмкости RC-цепочки

В электронных схемах часто используются RC-цепочки для обеспечения временных задержек или удлинения импульсных сигналов. Самые простые цепочки состоят всего лишь из резистора и конденсатора (отсюда и происхождение термина RC-цепочка).

Принцип работы RC-цепочки состоит в том, что заряженный конденсатор разряжается через резистор не мгновенно, а на протяжении некоторого интервала времени. Чем больше сопротивление резистора и/или конденсатора, тем дольше будет разряжаться емкость. Разработчики схем очень часто применяют RC-цепочки для создания простых таймеров и осцилляторов или изменения формы сигналов.

Каким же образом можно рассчитать постоянную времени RC-цепочки? Поскольку эта схема состоит из резистора и конденсатора, в уравнении используются значения сопротивления и емкости. Типичные конденсаторы имеют емкость порядка микрофарад и даже меньше, а системными единицами являются фарады, поэтому формула оперирует дробными числами.

T = RC

В этом уравнении литера Т служит для обозначения времени в секундах, R — сопротивления в омах, и С — емкости в фарадах.

Пусть, к примеру, имеется резистор 2000 Ом, подключенный к конденсатору 0,1 мкФ. Постоянная времени этой цепочки будет равна 0,002 с, или 2 мс.

Для того чтобы на первых порах облегчить вам перевод сверхмалых единиц емкостей в фарады, мы составили таблицу:

Расчёты частоты и длины волны

Частота сигнала является величиной, обратно пропорциональной его длине волны, как будет видно из формул чуть ниже. Эти формулы особенно полезны при работе с радиоэлектроникой, к примеру, для оценки длины куска провода, который планируется использовать в качестве антенны. Во всех следующих формулах длина волны выражается в метрах, а частота — в килогерцах.

Расчет частоты сигнала

Предположим, вы хотите изучать электронику для того, чтобы, собрав свой собственный приемопередатчик, поболтать с такими же энтузиастами из другой части света по аматорской радиосети. Частоты радиоволн и их длина стоят в формулах бок о бок. В радиолюбительских сетях часто можно услышать высказывания о том, что оператор работает на такой-то и такой длине волны. Вот как рассчитать частоту радиосигнала, зная длину волны:

Частота = 300000 / длина волны

Длина волны в данной формуле выражается в миллиметрах, а не в футах, аршинах или попугаях. Частота же дана в мегагерцах.

Расчет длины волны сигнала

Ту же самую формулу можно использовать и для вычисления длины волны радиосигнала, если известна его частота:

Длина волны = 300000 / Частота

Результат будет выражен в миллиметрах, а частота сигнала указывается в мегагерцах.

Приведем пример расчета. Пусть радиолюбитель общается со своим другом на частоте 50 МГц (50 миллионов периодов в секунду). Подставив эти цифры в приведенную выше формулу, получим:

6000 миллиметров = 300000 / 50 МГц

Однако чаще пользуются системными единицами длины — метрами, поэтому для завершения расчета нам остается перевести длину волны в более понятную величину. Так как в 1 метре 1000 миллиметров, то в результате получим 6 м. Оказывается, радиолюбитель настроил свою радиостанцию на длину волны 6 метров. Прикольно!

как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Добавлено 30 сентября 2020 в 00:30

Сохранить или поделиться

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

\[E=IR\]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

\[I = \frac{E}{R}\]

\[R = \frac{E}{I}\]

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

\[I = \frac{E}{R} = \frac{12 \ В}{3 \ Ом} = 4 \ А\]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

\[R = \frac{E}{I} = \frac{36 \ В}{4 \ А} = 9 \ Ом\]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Резюме

• Напряжение измеряется в вольтах, обозначается буквами «E» или «V».
• Сила тока измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
• Сопротивление измеряется в омах, обозначается буквой «R».
• Закон Ома: E = IR; I = E/R; R = E/I

Оригинал статьи:

Теги

Закон ОмаЗарядКулонОбучениеСила токаСопротивлениеСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжение

Сохранить или поделиться

Ток и напряжение

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите распределение электрических потенциалов (напряжений) и токов в электрических цепях.
• • Последовательные резистивные цепи.
• • Параллельные резистивные цепи.
• Рассчитайте распределение напряжений в резистивном делителе потенциала.

Ток и напряжение в резисторных цепях

В поисках неизвестного

Помимо определения сопротивления, закон Ома можно использовать для расчета напряжений и токов в резисторных цепях. Перед тем, как попробовать это, было бы неплохо взглянуть на некоторые основные факты о сетях резисторов.

Рис.4.0.1 Простая последовательная схема

Рис.4.0.2 Простая параллельная схема

В простой ЦЕПИ СЕРИИ , показанной на рис.4.0.1 одинаковый ток течет через все компоненты. Однако каждый компонент будет иметь разное НАПРЯЖЕНИЕ (p.d.) на нем. Сумма этих отдельных напряжений (V _R1 + V _R2 + V _R3 и т. Д.) В последовательной цепи равна напряжению питания (ЭДС).

Однако в простой ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ЦЕПИ , показанной на рис. 4.0.2, на всех компонентах присутствует одно и то же напряжение, но через каждый компонент может протекать разный ТОК. Сумма этих отдельных составляющих токов в параллельной цепи равна току питания.(I _S = I _R1 + I _R2 + I _R3 и т. Д.)

Правило делителя потенциала

Рис. 4.0.3 Делитель потенциала

Если два или более резистора соединены последовательно через потенциал (например, напряжение питания), напряжение на каждом резисторе будет пропорционально сопротивлению этого резистора. V _R1 ∝ R ₁ и V _R2 ∝ R ₂ и т. Д.

Чтобы рассчитать напряжение на любом резисторе в делителе потенциала, умножьте напряжение питания (E) на пропорцию этого резистора к общему сопротивлению всех резисторов.

Например, если ₂ рандов вдвое больше, чем ₁ рандов, то на ₂ рандов будет в два раза больше напряжения, чем на ₁ рандов. Следовательно, напряжение на R ₁ будет составлять одну треть напряжения питания (E), а напряжение на R ₂ будет составлять две трети напряжения питания (E).
Таким образом, если напряжение питания и значения резистора известны, то напряжение на каждом резисторе может быть вычислено с помощью ПРОПОРЦИИ, и как только напряжение на каждом резисторе известно, можно рассчитать напряжение в любой точке цепи.

Используя эти несколько фактов, можно получить огромное количество информации о токах и напряжениях в цепи, если известны значения сопротивлений цепи. Попробуйте сами с помощью нашей викторины на странице «Сетевые расчеты модуля» 4.6 «Резисторы и схемы».

Работа, напряжение и мощность

Люблю работать на на ламповых усилителях. Требуется работа, , чтобы заставить их работать, но как только они работают , вся эта тяжелая работа действительно окупается.Это лишь некоторые из определений работы , которые не имеют значения для физика вроде Георга Симона Ома. Ему требуется работа, чтобы переместить объект против силы, противодействующей его движению. Так что подъем Hiwatt DR103 с пола на рабочий стол требует работы, потому что вы перемещаете усилитель вверх против силы тяжести, которая ему противостоит. С другой стороны, носить Twin Reverb вокруг блока — это совсем не работа, потому что усилитель движется горизонтально — гравитация не препятствует движению в этом направлении.(Так что, когда дорожная бригада жалуется, просто вернитесь к этому руководству и объясните им, почему здесь нет работы.)

Перемещение усилителя с испытательного стенда на пол требует работы, в данном случае отрицательной работы, потому что направление движения поддерживается силой тяжести. Если все это уже звучит странно, просто добавьте к этому концепцию: работа не зависит от времени. Чтобы поднять DR103 на верстак, требуется определенная работа. Неважно, дерните ли вы его вверх за доли секунды или потратите 20 минут, чтобы поднять его по тому же пути.Это такой же объем работы.

Когда противодействующая сила измеряется в ньютонах, а расстояние, пройденное против противодействующей силы, измеряется в метрах, тогда работа, измеряемая в джоулях, представляет собой силу, умноженную на расстояние:

W = Fd

Вопрос: 30-килограммовый ламповый усилитель — сколько килограммов на Луне? Ответ: 30 килограмм. Получается, что килограмм — это единица массы. Сила, о которой мы думаем, когда пытаемся поднять этот параллельный двухтактный якорь, равна массе, умноженной на ускорение свободного падения, которое равно 9.8 метров на секунду в квадрате. Когда мы умножаем количество килограммов на 9,8, мы получаем силу земного притяжения, измеряемую в ньютонах.

Проблема

Выходной трансформатор для вашего Traynor YGA-1 установлен в перевернутом виде и весит 6,6 фунтов. Какая сила тяжести тянет его вниз?

Amp Books®

Раствор

6,6 фунтов — это 6,6 / 2,2 = 3 кг. Тогда сила тяжести в ньютонах равна

(3 кг) (9,8 м / с ² ) = 29N

Проблема

Ваш винтаж 6.6-фунтовый выходной трансформатор лежит на полу, когда вы внезапно решаете, что он идеально подходит для переиздания вашего JTM45. Верх вашей скамейки находится на высоте 1,2 метра от пола. Сколько работы потребуется, чтобы подобрать трансформатор и поставить его на скамейку? Что делать, если трансформатор стоит на полу в соседней комнате, которая находится в 20 метрах?

Решение

В предыдущей задаче мы определили, что сила тяжести на объекте весом 6,6 фунта составляет 29 ньютонов. Тогда объем работы в джоулях равен

(29N) (1.2 м) = 35 Дж

Боковому движению не препятствует сила тяжести, и трансформатор в соседней комнате проходит такое же вертикальное расстояние. Следовательно, требуется такой же объем работы — 35 джоулей.

Напряжение

Противоположные обвинения привлекают. Как обвинения отталкивают. Если мы перемещаем отрицательный электрон по направлению к другому электрону, мы совершаем работу, потому что движемся против противоположной силы. Перемещение двух электронов к двум другим электронам требует больше работы, потому что существует большая противодействующая сила.Нам часто нужен удобный способ описать, сколько работы требуется для перемещения заряда из одной точки в другую. Это понятие напряжения.

Если перемещение положительного заряда из точки B в точку A требует положительной работы, то говорят, что точка A имеет положительное напряжение по отношению к B.
Напряжение в вольтах равно требуемой работе в джоулях, деленной на
количество заряда в кулонах:

V = W / Q

Поскольку W и Q могут быть положительными или отрицательными, понятно, что V также может быть положительным или отрицательным.

Проблема

Требуется 1,6 кДж (1600 джоулей) энергии, чтобы переместить 1×10 ²⁰ электронов из источника питания пластины (точка A) через нагрузочный резистор пластины к пластине (точка B) вашего предусилителя JTM45. (Обратите внимание, что это противоположно реальному потоку электронов.
показано здесь.) Какое напряжение V на резисторе?

— V + BA300VDC

Решение

1×10 ²⁰ электронов представляют

(1×10 ²⁰ ) (- 1.6х10 ^-19 ° С) = -16 ° С

заряда. Таким образом, требуется + 1,6 кДж работы, чтобы разогнать -16C из точки A в точку B. Это означает, что потребуется + 1,6 кДж работы, чтобы передать положительный заряд 16C из точки B в точку A. Таким образом, мы заключаем, что напряжение в точке A положительна по отношению к B на величину, равную

V = 1,6 кДж / 16C = 100 В

Таким образом, между питанием пластины и пластиной на резисторе возникает падение на 100 вольт.

Мощность

Мощность — это мера количества работы или энергии, затрачиваемой с течением времени.При измерении в течение одной секунды количество джоулей звуковой энергии, создаваемой Ampeg SVT с шестью двухтактными силовыми трубками, работающими на полную мощность, будет намного больше, чем у Champ 5E1. По той же концепции для быстрого физического подъема Hiwatt не требуется дополнительной работы, но требуется больше энергии, поскольку работа выполняется в течение более короткого периода времени. Когда работа измеряется в джоулях, а время измеряется в секундах, тогда мощность в ваттах равна общей работе, деленной на общее время:

P = Вт / т

Проблема

Вам потребуется 2 секунды, чтобы стабильно поднять свой 6.6-фунтовый выходной трансформатор от пола до верха скамьи, общее расстояние по вертикали 1,2 метра. Какое среднее количество энергии вы тратите, когда поднимаете его?

Решение

Ранее мы определили, что для подъема трансформатора требуется 35 джоулей работы. Вы расходуете эту энергию за 2 секунды, поэтому средняя мощность в ваттах, передаваемая на трансформатор руками и квадрицепсами, равна

P = 35Дж / 2с = 17Вт

Связь между напряжением, током и мощностью

Мы видели, что напряжение между двумя точками является показателем количества работы, необходимой для перемещения заряда между двумя точками.В противоположность этой концепции, работу можно определить как напряжение между двумя точками, умноженное на величину заряда, который был перемещен между ними:

W = VQ

Мы можем использовать эти концепции, чтобы вывести очень важную формулу для гитарных усилителей. Соотношение между напряжением, током и мощностью

P = W / t = (VQ) / t = V (Q / t) = VI

где переменная «I» используется для обозначения силы тока. Когда I в амперах, а V в вольтах, тогда P в ваттах.

Проблема

При отсутствии сигнала гитары через дроссель Fender Bassman 5F6-A протекает постоянный ток 11 мА.Дроссель не является идеальным индуктором, потому что его внутренние обмотки имеют сопротивление постоянному току, которое вызывает падение на нем 1,2 В. Какую мощность дает дроссель в виде тепла?

Решение

Поскольку напряжение на дросселе и ток через него стабильны (ну, может быть, небольшая пульсация переменного тока), выделяемая мощность в виде тепла, измеряемая в милливаттах, равна

(1,2 В) (11 мА) = 13 мВт

Проблема

Катодный резистор на 47 Ом в усилителе мощности вашего Vox AC30 рассчитан на максимальную мощность 10 Вт.На холостом ходу напряжение на нем обычно составляет 10 вольт. Каким должен быть средний ток через резистор, чтобы произвести 10 ватт тепла?

СЛЕДУЮЩАЯ СТРАНИЦА

Электрическая мощность — номиналы, формулы и расчеты

Введение

В этом уроке мы рассмотрим разницу между мощностью и энергией. Мы увидим, как рассчитать электрическую мощность и как понять номинальную мощность, которую вы видите на электрических устройствах.

Основное представление о мощности

Power сообщает нам, как быстро преобразуется энергия.

Анимация, объясняющая идею мощности как скорости преобразования энергии.

Некоторые лампы могут быть ярче других, даже если они питаются от батареи того же типа. Более яркая лампочка будет более мощной, потому что она преобразует электрическую энергию в световую энергию быстрее, чем более тусклая.

Игра Вам предстоит стрелять правильным ответом на вопросы о понятиях силы и энергии.

Как наша анимация показывает электрическую мощность

В наших анимациях мощность показана скоростью расширяющегося красного энергетического круга вокруг лампочки.Чем быстрее движется круг, тем выше мощность, которую мы показываем.

Задание по пересмотру того, как наша визуализация схемы используется для связи яркости, мощности и силы тока.

Вы можете использовать анимацию, чтобы увидеть, что когда три лампочки подключены к одному и тому же напряжению, самая мощная лампочка будет самой яркой, и через нее будет проходить самый большой ток. Когда заряды движутся быстро, энергия должна быстро передаваться в лампочку.

Простой расчет мощности

Единица мощности — ватт, названный в честь изобретателя паровой машины, шотландца 18 века Джеймса Ватта.

1 ватт означает, что вы передаете энергию со скоростью 1 джоуль в секунду. 2 Вт означает, что вы передаете энергию со скоростью 2 джоуля в секунду и так далее.

Анимация проведет вас через простой расчет мощности с использованием энергии и времени.

Почему мощность зависит как от тока, так и от напряжения

Должен иметь смысл, что энергия передается быстро (мощность высокая), если к компоненту каждую секунду поступает много зарядов (то есть большой ток), и каждый заряд передает много энергии (т.е. большой п.о.).

Энергия передается медленно (низкая мощность), если каждую секунду поступает только несколько зарядов (т.е. небольшой ток), и каждый заряд передает только небольшое количество энергии (т.е. малый p.d.).

Вот почему мощность зависит как от тока, так и от напряжения.

Игра Правда или ложь с утверждениями о власти. Вы должны нацелить заявление на тележку для покупок или мусорный бак.

Использование P = I V

Анимация, объясняющая, почему мощность зависит как от напряжения, так и от силы тока.

Специальная формула для электрической мощности —

мощность = ток x напряжение

Например, если лампа с током 2 А и п.д. 6 В будет иметь мощность 12 Вт.

Анимация проведет вас через простой расчет мощности с использованием напряжения и тока.

Игра Используйте напряжение и ток, чтобы выработать мощность. Проведите космический вездеход над черной дырой, используя только квадраты мощностью ровно 6 Вт.

Номинальные мощности электрооборудования

Если вы посмотрите на лампочку, вы можете увидеть что-то вроде 240 В, 100 Вт.Это не означает, что на лампе всегда будет напряжение 240 В или что она всегда будет преобразовывать энергию со скоростью 100 Вт.

Это означает: «Если вы случайно подключите к этой лампе 240 В, то она преобразует энергию со скоростью 100 Вт».

Анимация, показывающая, где найти номинальную мощность лампочки и что это означает.

Если вы подключите его к более низкому напряжению, его мощность будет меньше 100 Вт, и он будет более тусклым. Если вы подключите его к более высокому напряжению, его мощность будет более 100 Вт, и он станет ярче.

Анимация, объясняющая, что произойдет, если вы не подключите лампочку к ее рабочему напряжению, а что-то другое.

Если вы подключите его к сети, намного превышающей 240 В, то нить накаливания, вероятно, перегорит, и лампа не будет работать. Так 240 В называется рабочим напряжением. Это напряжение, на которое рассчитана лампа.

График, поясняющий, как яркость связана с номиналом лампы для разных рабочих напряжений.

Анимация, объясняющая некоторые распространенные заблуждения о номинальных характеристиках ламп.

Смена количества батареек, смена количества лампочек

Распространенная ошибка — думать, что если вы удвоите количество батареек, вы примерно удвоите яркость лампы. Аналогичная ошибка — думать, что две последовательно соединенные лампочки примерно вдвое меньше яркости одной лампочки.

Важно помнить, что яркость зависит как от тока, так и от напряжения.

Если вы удвоите количество батарей, вы удвоите напряжение и, таким образом, вы также примерно (потому что сопротивление лампочки изменяется в зависимости от тока) удвоите ток.Это означает, что удвоение количества батареек примерно в четыре раза увеличивает яркость.

Анимация, объясняющая, что произойдет, если вы не подключите лампочку к ее рабочему напряжению, а что-то другое.

Точно так же, если у вас есть две последовательно соединенные лампы, каждая из них примерно на четверть ярче одной лампы. Это потому, что примерно удвоение сопротивления примерно вдвое уменьшает ток через каждую лампочку, но каждая лампочка также получает только половину напряжения.

P = I

² R и P = V ² / R

Вы можете объединить P = IV с V = IR, чтобы получить два полезных уравнения.

Анимация, показывающая происхождение и последствия P = I2R и P = V2 / R.

Если исключить V, мы получим P = I ² R.

Это означает, что если вы удвоите ток, вы увеличите мощность в четыре раза. На первый взгляд может показаться, что это уравнение предполагает, что если вы сохраняете постоянный ток, то увеличение сопротивления увеличивает мощность. Но если вы увеличиваете сопротивление, вы можете поддерживать постоянным ток только за счет увеличения напряжения, так что это никогда не будет честным сравнением.

Лампы с низким сопротивлением обычно ярче, чем лампы с высоким сопротивлением, если они подключены к одному и тому же напряжению, потому что ток через них больше.

Если исключить I, получим P = V ² / R.

Это означает, что если вы удвоите напряжение, вы увеличите мощность в четыре раза. Это имеет больше смысла, потому что удвоение напряжения также удваивает ток (примерно). В уравнении также говорится, что если вы сохраняете постоянное напряжение и уменьшаете сопротивление, вы увеличиваете мощность.Это потому, что, уменьшая сопротивление, вы увеличиваете ток и, таким образом, увеличиваете мощность.

Назад к объясненной электросети

Расчет делителя напряжения

Просмотрите схему делителя напряжения, представленную здесь, и рассчитайте выходное напряжение с помощью калькулятора делителя напряжения по следующей формуле делителя напряжения:

V _выход = (V _дюйм x R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Здесь:

• В _в входное напряжение
• R1 — сопротивление 1-го резистора,
• R2 — сопротивление 2-го резистора,
• V _out — выходное напряжение.

В качестве альтернативы вы также можете использовать этот калькулятор делителя напряжения, чтобы получить 3 любых известных значения в цепи и вычислить 4-е.

Схема делителя потенциала — очень распространенная схема, используемая в электронике, где входное напряжение должно быть преобразовано в другое напряжение, меньшее, чем оно. Эта схема очень полезна для всех аналоговых схем, где требуются переменные напряжения, поэтому важно понимать, как эта схема работает и как рассчитывать значения резисторов.

Схема делителя напряжения — это очень простая схема, состоящая всего из двух резисторов (R1 и R2), как показано выше. Требуемое выходное напряжение (Vout) можно получить на резисторе R2. Используя эти два резистора, мы можем преобразовать входное напряжение в любое требуемое выходное напряжение, это выходное напряжение определяется значением сопротивления R1 и R2. Формулы для расчета Vout показаны ниже.

V _out = (V _дюйм x R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Где, Vout = выходное напряжение Vin = входное напряжение и R1 = верхний резистор R2 = нижний резистор

Мы можем использовать вышеупомянутый калькулятор делителя напряжения для вычисления любого из значений, упомянутых в формулах делителя напряжения , но теперь давайте узнаем, как были получены эти формулы.Рассмотрим схему ниже, которую можно использовать для преобразования входного сигнала 5 В в выходное напряжение 3,3 В для анализа

Чтобы понять, как выводятся формулы потенциального дайвера, нам нужен калькулятор закона Ома, согласно закону Ома падение напряжения в любом месте является произведением тока, протекающего по цепи, и сопротивления в ней.

Напряжение = Текущий ток × Сопротивление на напряжении

Давайте используем это, чтобы вычислить входное напряжение (Vin) для вышеуказанной схемы.Здесь есть два резистора на входном напряжении Vin, следовательно,

Входное напряжение = ток × (сопротивление 1 + сопротивление 2)

Vin = I × (R1 + R2) ( 1)

Аналогичным образом давайте посчитаем выходное напряжение (Vout), здесь есть только один резистор (R2), следовательно,

Выходное напряжение = ток × сопротивление R2

Vвых. = I × R2 ( 2)

Если мы посмотрим на уравнения 1 и 2, мы можем заметить, что значение тока одинаковое, поэтому давайте переписываем

Уравнение 1 как, I = Vin / (R1 + R2)

Уравнение 2 как, I = Vout / R2

Поскольку ток, протекающий по цепи, постоянен, ток I останется одинаковым для обоих уравнений, поэтому мы можем приравнять их как

Вин / (R1 + R2) = Vout / R2

V _out = (V _дюйм x R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ )

Давайте проверим этот делитель напряжения по формуле для указанной выше схемы, где Vin = 5 В, R1 = 1000 Ом и R2 = 2000 Ом.

Vout = (5 × 2000) / (1000/2000)

Vout = (10000) / (3000)

Vout = 3,3333 В

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при выборе номиналов резистора, является его номинальная мощность (P) . Как только вы узнаете значения I (в зависимости от нагрузки), Vin, R1 и R2, сложите R1 и R2 вместе, чтобы получить R _ИТОГО , и используйте калькулятор закона Ома, чтобы узнать номинальную мощность (ватт), необходимую для резисторов. Или просто используйте формулы P = VI, чтобы определить номинальную мощность вашего резистора.Если не выбрана правильная номинальная мощность, резистор будет перегреваться и также может сгореть.

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 где приходит 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, когда наши тела будут в движении.

Напряжение — все дело в потенциале

Представьте, что вы просыпаетесь утром. Вы лежите в постели, хотите еще несколько часов поспать, но знаете, что настало время для страшной 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 выборе: бежать или спать. Если вы не решите бежать сегодня утром, ваш потенциал будет бездействовать, но если вы это сделаете, то этот потенциал вырвется наружу, побуждая вас бежать на несколько миль и заряжая энергией остаток дня.

Напряжение в электросети

Подобно наличию потенциала движения или отсутствия, напряжение хранит электрическую энергию , с потенциалом движения .Именно эта сила напряжения побуждает электроны течь по цепи и заставляет их работать час за часом.

Voltage просто ждет, пока мы задействуем его потенциал. Посмотрите на каждую неиспользуемую 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 определения так называемой разности потенциалов между двумя точками с помощью мультиметра. Возьмем, например, 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, чтобы быстро измерить напряжение или разность 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 видеть на схемах для напряжения постоянного и переменного тока 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 смешиваете 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

Volta не был лишен своих причуд. Пока ему не исполнилось четыре года, он не произнес ни слова, и его родители опасались, что он либо умственно отсталый. Хорошо, что они ошибались!

Ток — движение по потоку

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. На этом этапе у вас есть какое-то 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 быстро бежать, готовые пробежать мили. 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

Подобно принятию шагов 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 ток течет 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 с положительной стороны на отрицательную сторону батареи.

Вы по-прежнему 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 иссякнет. 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 выходить 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 и в действительности, от отрицательного к положительному.

Имеет ли значение, каким образом вы показываете ток, протекающий в цепи? Не совсем. 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, человек , совершивший гораздо больше, чем просто открытие Амперов. (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 — демонстрация того, что провод, по которому проходит электрический ток, может притягивать или отталкивать другой провод, по которому также течет ток, без использования физических магнитов.
• Он был также первым, кто высказал идею о существовании частицы, которую мы все признаем электроном.
• Он также организовал химические элементы по их свойствам в периодической таблице за полвека до того, как появилась современная периодическая таблица Менделеева.

Интересный факт об образовании Ампера — у него не было никакого формального образования! Вместо этого отец позволял ему делать то, что ему заблагорассудится, узнавая все, 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 вам повезет, то вы, возможно, 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 к бегу по сравнению с бегом по грунтовой дороге или улице. В этом вся суть сопротивления, тяга и тяга материального мира.

Сопротивление электричеству

Через какой бы материал ни проходило электричество, оно будет сталкиваться 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.

Вы обнаружите, что сопротивление измеряется в Ом Ом, и оно напрямую связано с током и напряжением. Вот простой пример: чем больше у вас сопротивление, тем меньше тока может протекать по цепи. Это похоже на бег: чем гуще грязь, тем медленнее ты будешь бежать. Обратное также работает, если вы увеличиваете напряжение, чтобы ваш ток двигался быстрее, чем ваше сопротивление будет иметь меньшее влияние на вашу схему.

Мастер сопротивления — Георг Симон Ом

Георг Ом — Человек, который объединил напряжение, , ток и сопротивление в знаменитом теперь законе Ома.(Источник изображения)

Г-н Ом был немецким физиком и математиком, и именно в те годы, 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 цепь, 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. К счастью, именно здесь его работа привлекла заслуженное внимание.

Собираем все вместе с законом Ома

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

• Напряжение (В) — это накопленная электроэнергия, которая может двигаться. 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 существует 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 выяснить, 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 заключается в том, что нам нужно выяснить, каково значение 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 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, у нашей батареи напряжение 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 на 473 Ом!

Сопротивление бесполезно

Понимать, как напряжение, ток и сопротивление работают вместе, было не так уж сложно, не так ли? Мы надеемся, что в следующий раз, когда вы отправитесь на утреннюю пробежку, у вас будет новый взгляд 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 наблюдаете за движущимся потоком! И та сила, которая вытащила вас из постели и заставила бежать? Напряжение.

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

Напряжение, энергия и мощность — MCAT Physical

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно
или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
то
информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на
ан
Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент
средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как
в виде
ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно
искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится
на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени;
Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \
достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется
а
ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание
к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также
Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает
ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все
информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы
либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Общие сведения об электричестве — Узнайте об электричестве, токе, напряжении и сопротивлении