Архив метки: ток

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.

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 тока на практике

Цели эксперимента: Научиться измерять ток.

Нам понадобится: 2 лампочки, мультиметр, потенциометр на 1КОм, батарейки и два зажима «крокодил».

Сам по себе амперметр является счётчиком зарядов который сбрасывает свои показания до нуля каждую секунду. Вот вам пример, если через амперметр за одну секунду пройдет 3 кулона зарядов(кулон = 6,24151·1018  электронов), то амперметр покажет 3 ампера, если 5 кулонов зарядов пройдет за одну секунду, то амперметр покажет 5 ампер. В нашем эксперименте мы будем пользоваться мультимером с режимом измерения тока (ампер).

  1. Соберите схему.

Амперметр подключается к цепи последовательно для пропускания через себя тока.

В место амперметра используйте мультиметр в режиме измерения mA (Мили Ампер)

У потенциометра 3 вывода, используйте средний и любой из крайних, один должен остаться лишним.

2.Вращяйте ручку потенциометра наблюдая за показаниями мультиметра и свечением лампочек. Максимальное значение тока должно быть около 170 mA

  1. Уберите из схемы одну лампочку и вы заметите уменьшение тока в цепи, это произойдёт по тому, что вторая лампочка ранее создавала дополнительный путь для протекания зарядов, а сейчас его нет. Ток уменьшится примерно до 90mA.

Вывод: Амперметр подключается к цепи последовательно для подсчета кулонов (электронов) проходящих через него для определения протекаемого тока через него.

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.

Закон Ома

Закон ома рассказывает о зависимости напряжения, тока и сопротивления между собой.

Вот собственно и сам закон Ома : Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи.

  • Чем больше напряжение, тем больше ток.
  • Чем больше сопротивление тем меньше ток.

Так, если вы не поняли выше изложенное перечитайте ещё пару раз повнимательней, а если так и не чего не «дошло» тогда вам поможет язык математики или практика.

Закон ома для участка цепи.

 

Контрольные вопросы будут после экспериментов .

Ток

Ток это величина указывающая на то сколько зарядов проходит через поперечное сечение проводника за одну секунду. Но здесь есть одно но сам по себе заряд (отрицательный у электрона положительный у протона) единица для измерения очень маленькая по этому принято измерять количество зарядов в Кулонах где один Кулон равен суммарному заряду в     6 280 000 000 000 000 000 электронов .

Ток измеряется в Амперах он получается так, если через сечение проводника пройдёт заряд в один Кулон за одну секунду, то сила этого потока будет равна одному амперу. То-есть если через сечение пройдет пол кулона за одну секунду то ток будет равен 0.5 ампера, если же через сечение проводника пройдёт 8 кулонов за 2 секунды то ток будет равен 4 ампера.

Ток обозначается латинской буквой I, например I=5 Ампер.

Замер тока на практике

Контрольные вопросы:

1.Что такое кулон?

Ответ

Кулон это суммарный заряд 6 280 000 000 000 000 000 электронов .

[свернуть]

2.В чём измеряется поток зарядов?

Ответ

в Амперах

[свернуть]

3.Если через сечение проводника за одну секунду прошло 3 кулона зарядов какой силы будет ток?

Ответ

I=3 Ампера

[свернуть]