Архив метки: сопротивление

Расчёт мощности

Что такое электрическая мощность?

Прежде всего давайте вспомним, о чём говорит такая характеристика цепи как ток — она говорит нам о количестве зарядов прошедших через поперечное сечение проводника за одну секунду. Напряжение указывает нам на силу, так сказать наших зарядов, а вот мощность говорит нам о работе которую делают эти заряды за одну секунду. Работа измеряется у нас в Джоулях и получается следующее:

1Вт = Дж / 1сек

Мощность — это произведение тока на напряжение.

Формулы для расчёта мощности.

P = U · I

 P = I^2 · R

Р = U^2 / R

P- мощность

I — ток

R — сопротивление

 

Из формул можно заметить, что можно рассчитывать мощность зная только ток с сопротивлением или напряжение с сопротивлением.

Формула ватт

Расчёт мощности на примере. 

Нужно найти мощность сетевого тена с сопротивлением 50 Ом.

Есть два варианта решения:

  1. В первом варианте нам нужно для начала рассчитать ток проходящий через этот тэн. Зная что в сети 220 вольт рассчитаем по закону ома I=U/R  I = 220 вольт / 50 Ом = 4.4 Ампера.Мощность P = U · I P=4.4 A * 220 в= 968 Вт плюс зная, что в сети как правило напряжение превышает 220 вольт можно смело округлить мощность тэна к 1Квт.
  2. Для второго варианта воспользуемся формулой Р = U^2 / R так как напряжение сети нам уже известно P = 220^2 / 50 = 968 Вт аналогично можно округлить до 1Квт.

Контрольные вопросы:

Рассчитайте мощность сетевой лампочки накаливания с сопротивлением 400 Ом.

Ответ

Будем рассчитывать по формуле

Р = U^2 / R

P = 220^2/400=121 Ватт

[свернуть]

Закон Ома для полной цепи

Ранее мы с вами изучили закон Ома для участка цепи в котором в котором мы узнали как ток, напряжение и сопротивление участка влияют друг на друга, так вот в Законе Ома для полной цепи все величины таким же образом влияют друг на друга ,но только тут ещё учитывается источник тока, а в частности его ЭДС E (заменит напряжённость участка) и внутреннее сопротивление r (добавится к сопротивлению цепи).

Формула Закона Ома для полной цепи:

ТОК  I = E / (R + r)

ЭДС E = I *(R + r)

Полное сопротивление цепи R + r = E / I 

I — ток

E — ЭДС источника тока. НЕ ПУТАЙТЕ С НАПРЯЖЕНИЕМ!

R — сопротивление цепи

r — внутреннее сопротивление источника тока

Как рассчитать ЭДС и внутреннее сопротивление есть в предыдущих уроках.

Закон ома полной цепи учитывает внутренее сопротивление

Зачем нужен Закон Ома для полной цепи?

По большому счёту вам в будущем он вряд ли пригодится, так как современные источники тока обладают небольшим внутренним сопротивлением, которое в свою очередь мало забирает на себя ЭДС и это практически никак не сказывается на цепи. Как правило заметное влияние источника тока на цепь начинается тогда когда он не исправен или разряжен, что увеличивает его внутреннее сопротивление которое начинает забирать на себя больше ЭДС от чего может заметно уменьшится напряженность участка цепи.

Контрольные вопросы:

В чём различие между Законом Ома для участка и для полной цепи?

Ответ

В Законе Ома для полной цепи учитывается внутреннее сопротивление источника тока и в место напряжения участка используется  ЭДС источника тока.

[свернуть]

Вывод: В Законе Ома для полной цепи ключевым моментом является внутренне сопротивление источника тока так как оно забирает на себя часть ЭДС, что в свою очередь влияет на тока отдачу источника и уменьшает напряжение на участках цепи.

Закон Ома применение на практике

В уроке про Закон Ома мы узнали, что ток зависит от напряжения и сопротивления. С увеличением напряжения ток растет с увеличением сопротивления ток уменьшается.

Ниже приведена формула для участка цепи для полной цепи мы рассмотрим после того как познакомимся с внутренним сопротивлением источника тока.

И так, для практики нам понадобится: Мультиметр, 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом.

Соберите схему рис 1.

Рис 1

Измерьте напряжение на R2 оно должно составлять порядка 0.75 вольта далее воспользуемся законом Ома и расчетаем ток протекающий через этот резистор.

I=U/R               I=0.75 v/25 Om =30 mA.

Знание того ,что в последовательной цепи идет один и тот же ток, который в нашем случае составляет 30mA позволяет рассчитать напряжение на резисторе R1.

U=I*R            U=30 mA*50 Om=1.5 v

Вот видите насколько крут Закон Ома, без замера тока в цепи мы смогли его рассчитать, а так же без замеров определить напряжение на резисторе.

Давайте сделаем замеры, что бы убедится в правильности расчётов. Замерьте напряжение на R1 оно должно составить около 1.5 вольт и измерьте ток в цепи который будет составлять около 30mA.

В последовательной цепи амперметр можно подключать в любом месте так как ток в такой цепи везде одинаков.

Соберите схему ниже

 

Так, давайте представим, что мы не знаем сопротивление резисторов R1 и R2, а знаем напряжение и ток проходящий через них.

Дано: U1=2 Вольта U2=1 Вольт Ток I=40mA

Найти: R1-? R2-?

Решение: R=U/I        R1=2/0.04= 50 Om       R2=1/0.04=25 Om

Попрактикуйтесь заменяя резисторы другим номиналам и изменяя их количество в цепи делая контрольные замеры.

В следующем уроке мы по практикуем закон Ома рассчитывая сопротивление для индикаторного светодиода.

Вывод: Между током, сопротивлением и напряжением есть зависимость которая выражена законом Ома.

Напряжённость участка цепи на практике

Это практический урок по теме «напряжение»  в котором мы узнали каким образом появляется сама напряжённость.

Нам понадобится: 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом, мультиметр и две батарейки типа АА.

И так, ЭДС создаёт напряжённость на участках цепи в зависимости от их сопротивления. Чем больше сопротивление участка тем большее напряжение достанется ему от ЭДС.

Значит, если в цепи все участки имеют равное сопротивление, то и их напряжённость будет равна.

  1. Соберите схему 1.

схема 1 Равная напряженность

Как видите все резисторы имеют номинал в 25 Ом и следовательно ЭДС должно создать на них одинаковую напряжённость.

Измерьте напряжение на каждом резисторе, оно должно быть одинаковым с учетом погрешности резисторов сопротивление которых не всегда идеально его номиналу.

2. Замените R3 на резистор в 50 Ом и измерьте напряжение на нём и на остальных резисторах. И тут уже более наглядно видна зависимость напряжённости участка от его сопротивления.

схема 2 Разная напряжённость участков цепи

3. Уберите из цепи один резистор в 25 Ом и измерьте напряжение на оставшихся резисторах. Так как резистор в 50 Ом вдвое больше по сопротивлению чем 25 Ом то и на нем будет вдвое больше напряжение.

схема 3 зависимость напряжения от сопротивления участка цепи

Вывод: ЭДС распределяется по цепи в зависимости от сопротивления её участков, чем большее сопротивление участка относительно других участков тем большее напряжение будет на нём.

Внутреннее сопротивление

Все источники тока имеют внутреннее сопротивление, его обозначают тоже буквой r как и сопротивление только маленькой.  В большинстве случаев внутренним сопротивлением можно пренебречь так как правило оно очень мало и в дальнейших наших уроках навряд ли  нам придётся встретиться ещё раз с ним как и с законом Ома для полной цепи, но всё же это знать нужно для общего развития так сказать.

И так, источник тока можно представить на схеме с резистором внутри (рис 1) и этот «внутренний резистор» забирает на себя часть ЭДС источника.

Внутренее сопротивление источника тока

рис 1

Помните, в уроке про напряжение мы узнали, что ЭДС распределяется по цепи (рис 2) и чем больше сопротивление участка тем больше напряжение на нем, а так как внутреннее сопротивление источника мало на нем оседает совсем маленькое напряжение.

Например: Если, подключить к двум пальчиковым батарейкам соединенным последовательно (что даст нам около 3-х вольт) сопротивление в 25 Ом то оно просядет макс на 0.1 вольта это уменьшение происходит из за того что часть ЭДС останется на внутреннем сопротивлении источника тока (рис3)

ЭДС распределяется

Рис 3 Распределение ЭДС

Относительно других, более больших источников тока батарейки имеют большое внутреннее сопротивление например если сопротивление батареек в нашем примере составляет 0.83 Ом, то у автомобильного аккумулятора оно составляет около 0.01 Ом.

Внутреннее сопротивление есть  у всех источников тока.

Внутренним сопротивлением источника тока являются:

  • Сопротивление его клемм
  • Сопротивление электролита если это аккумулятор
  • Сопротивление химических элементов в батарейках
  • Сопротивление обмоток генератора и тд.

 

Внутреннее сопротивление влияет на токоотдачу источника тока.

Например, наши две пальчиковые батарейки могут выдать максимальный ток         3В/0.83 Ом=3.6 А, а вот аккумулятор авто способен выдать 12в/0.01 Ом=1200А в режиме КЗ (короткого замыкания) такие большие токи ему нужны для прокрутки стартером двигателя для его заведения и ток для этого необходим порядка 250А. Допустим у автомобильного аккумулятора будет r=0.83 Ом как у наших батареек то I=12/0.83=14.4 А будет не достаточно для стартера, поэтому производители аккумуляторов стараются уменьшить внутреннее сопротивление.

Вывод: Внутреннее сопротивление забирает на себя часть ЭДС источника тока и ограничивает токоотдачу, но по большому счету, в большинстве случаев им можно пренебречь так как его сопротивление очень мало.

В следующем уроке мы научимся определять внутреннее сопротивление.

Контрольные вопросы.

Какой буквой обозначается внутреннее сопротивление?

Ответ

r

[свернуть]

Где проседает ЭДС при подключении нагрузки?

Ответ

На внутреннем сопротивлении

[свернуть]

Как внутреннее сопротивление влияет на ток который может выдать источник?

Ответ

Чем больше внутреннее сопротивление тем меньший ток источник сможет выдать и соответственно наоборот

[свернуть]

Сжигание светодиода

Цель эксперимента: Посмотреть на то как влияет превышение тока и напряжения на радио детали (в нашем случаи это светодиод).

Нам понадобится: Батарейка на 9 вольт, два светодиода, резистор 470 Ом, потенциометр на 1КОм (1000 Ом).

  • Соберите схему ,но перед тем как подключать батарею, убедитесь, что потенциометр установлен в своё максимальное сопротивление с помощью мультиметра и светодиод подключен своей длинной ножкой к плюсу через потенциометр.

Как понять, куда подключать + и — на светодиод?

Плюс подключать на длинную ножку, а минус на ту сторону которая имеет срез по кромке. Так же можно определить по внутреннему строению светодиода, смотрите рисунок.

  • Затем медленно вращайте ручку уменьшая сопротивление току. Изначально мы наблюдаем как светодиод разгорается, а затем безвозвратно гаснет «сгорает». Это произошло по причине превышения тока и напряжения для этого светодиода так как у этого светодиода номинальное напряжение 3 вольта и ток 20 мА = 0.02 А, а мы подали на него 9 вольт и максимальный ток который может выдать батарейка.

Номинальный ток — Это ток при котором оборудование может работать не ограничено долго, не боясь перегрева. Например утюг рассчитанный на ток в 3 Ампера может работать без перерыва на остывание токопроводящих частей сколь угодно долго, а вот при превышении тока допустим на 1 Ампер, утюгу будет необходим перерыв в работе для остывания. Подняв ток до 6А утюг и вовсе может мгновенно перегреться и сгореть.

Номинальное напряжение — Это то напряжение, на которое рассчитан электроприбор, радиодеталь, провод и т.д.. При его превышении прибор может начать не корректно работать или вовсе сломаться, у провода может не выдержать его изоляция и он начнёт «прошивать» (пропускать ток через изоляцию).

  •  Добавив в схему токоограничивающий резистор на 470 Ом  мы можем вращать ручку уменьшая сопротивления потенциометра хоть до упора и со светодиодом не чего не произойдёт так как добавленный резистор ограничивает ток, который сожжет наш светодиод.

P.S. В дальнейших уроках, в научитесь рассчитывать номинал резисторов для ограничения тока и напряжения.

Вывод: Нельзя, превышать номинальные значения тока и напряжения на радиодеталях, что бы не вывести их из строя. При применении потенциометра можно обезопасится от превышения тока и напряжения с помощью простого резистора.

Контрольные вопросы:

1.Почему сгорел светодиод? 

Ответ

Так как для него был превышен рабочий ток и напряжение. Из за большого количества тока для него он просто моментально перегрелся и сгорел.

[свернуть]

2. Что делает резистор на второй схеме? 

Ответ

Ограничивает ток и напряжение для светодиода.

[свернуть]

3. Что такое номинальное значение тока и напряжения, для радиодетали?

Ответ

Это то значение, на котором деталь будет более надёжно работать. При значительном превышении и занижении значений возможны неполадки и выход из строя детали.

[свернуть]

Замер сопротивления с помощью мультиметра.

Цель эксперимента: Научиться измерять сопротивление.

Нам понадобится: Мультиметр, резисторы, потенциометр, провод, катушка индуктивности, предохранитель.

  1. Выставляем на мультиметре режим измерения сопротивления.
  2. Берем резисторы и начинаем измерять их сопротивление с помощью щупов. Обращайте внимание на приставки к показаниям мультиметра. Запомните приставки 1 Кило Ом = 1000 Ом, 1 Мега Ом = 1 000 000 Ом. Замерьте сопротивления не менее 10 резисторов.                                                                                                             
  3. Теперь перейдём к потенциометру. Для начала замерим его максимальное сопротивление приложив щупы к крайним контактам. Теперь переместите один из щупов на средний контакт и вращая ручку мы наблюдаем как изменяется сопротивление.Обратите внимание, что при изменении сопротивления одной группы контактов мы меняем и сопротивление другой группы. Замерьте сопротивления групп контактов потенциометра, чтобы убедиться в этом.
  4. Возьмите провод и померьте его сопротивление. Как видите его сопротивление намного меньше чем у резистора и это не удивительно, ведь его задача проводить электричество (ток) с  наименьшим сопротивлением.
  5. Ради эксперимента измерьте сопротивления предметов которые вас окружают.(стола, вилки для еды, линейки,своей кожи, бумаги и т.д.)На те предметы на которые  мультиметр не реагирует называются диэлектриками, то есть они не способны проводить электричество.

Вывод: Замерять сопротивление очень просто достаточно лишь выставить мультиметр в нужный режим измерения.

Контрольные вопросы:

  1. Каким символом обозначается режим измерения сопротивления?
    Ответ

    Ω Омега или R

    [свернуть]
  2. Потенциометр на 10 КОм (10 000 Ом), на одной группе контактов (1-2) сопротивление 7 КОм. Сколько Ом на другой группе контактов (2-3) ?
    Ответ

    10КОм-7КОм=3КОм

    [свернуть]
  3. Какое сопротивление больше 350КОм или 47МОм?
    Ответ

    350КОм<47МОм 350КОм = 350 000 Ом 47МОм = 47 000 000 Ом

    [свернуть]

Напряжение

Напряжение – это часть ЭДС от источника энергии, которая достаётся участку цепи.

То есть сумма всех напряжений на участках цепи будет равна ЭДС источника энергии.

Напряжение как и ЭДС измеряется в вольтах.

Напряжение на участках цепи образуется из за разности потенциалов и чем больше сопротивление участка тем больше эта разность потенциалов в следствии чего, напряженность участка увеличивается.

Откуда образуется разность потенциалов, на участке цепи?

Образуется она за счет более медленного движения зарядов перед нагрузкой.

Так, стоп! В прошлом уроке говорилось, что ток в последовательной цепи на всём ее протяжении одинаков, а тут говорится каком-то медленном движении зарядов перед нагрузкой…

Все верно ток одинаков во всей последовательной цепи, а вот скорость движения зарядов по цепи разная на участках с маленьким сопротивлением заряды движутся медленнее, но большим потоком, а вот на нагрузке они движутся быстро и меньшим потоком(количеством) и так получается, что на участке с маленьким и большим сопротивлением проходит одинаковое количество зарядов в секунду. Ускорение зарядов на нагрузке происходит из за более большой разности потенциалов между точками до и после нагрузки.

Напряжение можно рассматривать как часть ЭДС  доставшееся этому участку цепи и его можно использовать для потребителей энергии.

Выше приведенная «фишка» с делением напряжения которая так и называется делитель напряжения. Нагрузка на выходе делителя должна быть не большой, с потреблением измеряемом в единицах миллиампер.

В общем:

ЭДС- это разность потенциалов на источнике энергии.

Напряжение – это разность потенциалов на нагрузке или участке цепи , и чем больше сопротивление участка или нагрузки тем больше ЭДС отдаст напряжения этому участку.

Контрольные вопросы.

    1. В чём измеряется напряжение? 
      Ответ

      В вольтах

      [свернуть]
    2. Различие ЭДС и напряжения?
      Ответ

      ЭДС указывает на работоспособность зарядов источника энергии ,а напряжение указывает на разность потенциалов на участке цепи.

      [свернуть]
    3. От чего зависит напряжение на участке цепи?
      Ответ

      От сопротивления участка цепи, чем оно больше тем большая часть ЭДС источника энергии достанется этому участку и чем больше ЭДС источника энергии и тем будет большая напряженность его участков цепи.

      [свернуть]

Последовательное и параллельное соединение резисторов или по какому пути идёт ток

При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений.

При параллельном соединении резисторов основная роль отдаётся резистору с наименьшим сопротивлением, так как основная часть тока пойдет через него и в итоге при таком соединении общее сопротивление будет меньше наименьшего.

Если у вас есть сложности с математикой пользуйтесь онлайн калькулятором для расчёта. http://cxem.net/calc/resistor_parallel_calc.php

Что касается тока , то он всегда идёт по пути наименьшего сопротивления.

При последовательном соединении идёт один и тот же ток.

При параллельном соединении ток разделяется, большая его часть проходит через меньшее сопротивление и сумма всех токов на сопротивлениях будет равна току до разветвления резисторов и после.

Потенциометр

Потенциометр – это переменный резистор подстраиваемый  вручную.

Позволяет регулировать подачу тока на нагрузку.

Устройство потенциометра .

Потенциометр имеет 3 вывода, два крайних соединены между собой резистивным слоем, а средний подключен к скользящему контакту который перемещается по этому резистивному слою.

То есть  1 и 3 вывод между собой имеет неизменное сопротивление которое является максимальным для потенциометра, а на выводах 1-2 и 2-3 будет изменяемое сопротивление. Изменяя сопротивление одной группы выводов мы так же влияем на сопротивление другой группы, увеличивая сопротивление на одной будем уменьшать на другой группе и наоборот.