Как найти напряжение на зажимах

Закон ома для участка цепи, формула

Электрическое сопротивление (R) измеряется в омах (ед. изм. – «ом»). Данная физическая величина характеризует свойство проводников препятствовать прохождению через них носителей заряда (тока). По вышеуказанной аналогии сопротивление – это сечение трубы, чем оно меньше, тем сложнее прокачать большой объём воды.

Сопротивлением обладают все материалы. Если это диэлектрики, то оно может исчисляться колоссальными величинами порядка 108-1013 ом (стекло). Если проводники, то сопротивление составляет сотые, а то и тысячные доли ома, т.е. 10-2-10-3. Именно поэтому провода, выводы источников питания, цоколя лампочек сделаны из металла, ведь он отлично пропускает ток (слабо ему препятствует).

Источники питания изготовлены из материалов, которые хорошо и не очень проводят ток. В случае с автомобильным свинцово-кислотным аккумулятором его внутреннее сопротивление обусловлено свойствами электролита, решёток, их соединений и выходных клемм. Ниже приведено схематичное строение АКБ. Схема иллюстрирует ЭДС аккумулятора, его внутреннее сопротивление и то, как эти величины взаимодействуют между собой.

Схема аккумулятора

Закон Ома (страница 1)

Основы > Задачи и ответы > Постоянный электрический ток

Закон Ома (страница 1)
Применение закона Ома к расчету линейных электрических цепей постоянного тока

1. Найти ток ветви (рисунок 3), если: U=10 В, Е=20 В, R=5 Ом.Решение:

Так как все схемы рисунка 3 представляют собой активные ветви, то для определения токов в них используем закон Ома обобщенный закон Ома. Рассмотрим рисунок 3 а: направление ЭДС совпадает с произвольно выбранным условно положительным направлением тока, следовательно, в формуле обобщенного закона Ома величина ЭДС учитывается со знаком «плюс». Направление напряжения не совпадает с направлением тока, и в формуле обобщенного закона Ома величина напряжения учитывается со знаком «минус»;

Аналогично определяются токи в схемах б, в, г рисунка 3:2. Найти напряжение между зажимами нетвей (рисунок 4).Решение:

Участок цепи, изображенный на рисунке 4 а содержит источник ЭДС, т.е. является активным, поэтому воспользуемся обобщенным законом Ома:

откуда выразим напряжение на зажимах:
Аналогично определяются напряжения на зажимах участков, изображенных на рисунках 4 б и 4 в.

3. Определить неизвестные потенциалы точек участка цени (рисунок 5).Решение:
Для схемы рисунка 5 а запишем обобщенный закон Ома:
откуда выразим напряжение на зажимах ветви:
Если представить напряжение как разность потенциалов:
тогда при известных параметрах цепи, токе и потенциале определим потенциал
Эту же задачу можно решить другим способом. Напряжение на зажимах источника ЭДС , без учета внутреннего сопротивления источника, по величине равно и направлено от точки с большим потенциалом (точка С) к точке с меньшим потенциалом (точка b):
и тогда, зная потенциал , определим потенциал точки С:
Потенциал точки d больше потенциала точки С на величину падения напряжения на сопротивлении R:
тогда
Потенциал точки а определяем с учетом направления напряжения на зажимах источника ЭДС . Напряжение направлено от точки с большим потенциалом (точка d) к точке с меньшим потенциалом (точка а):
откуда следует, что
или
Рассмотрим решение задачи для схемы рисунка 5 б. При известном потенциале точки С, параметрах элементов и токе, определим потенциалы крайних точек участка цепи . Напряжение на участке b — с, выраженное через разность потенциалов, определим по закону Ома:
откуда следует
Напряжение на участке с — а, равное по величине Е, направлено от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом:4. В цепи (рисунок 6) известны величины сопротивлений резистивных элементов: , входное напряжение U=100 В и мощность, выделяемая на резистивном элементе с сопротивлением . Определить величину сопротивления резистора .Решение:
Согласно закону Джоуля-Ленца, мощность на резистивном элементе определяется:
или, согласно закону Ома:
По известному значению мощности на резистивном элементе и величине сопротивления этого элемента определим ток в ветви:
По закону Ома напряжение на зажимах определится:
тогда величина сопротивления резистивного элемента:5. Определить показания вольтметров цепи (рисунок 7), если .Решение:
Ток в цепи определим по закону Ома:
Вольтметр показывает напряжение на источнике ЭДС Е:
Вольтметры показывают величину падения напряжения на резистивных элементах
Вольтметр , показывает напряжение на участке 2 — 1 , которое определим как алгебраическую сумма напряжений 6. Ток симметричной цепи (рисунок , внутреннее сопротивлении источника ЭДС . Определить ЭДС Е и мощность источника энергии.Решение:
Напряжение на зажимах 1 — 2 определим по закону Ома для пассивной ветви:
Величину ЭДС источника энергии определим из выражения закона Ома для активной ветви:
Мощность, развиваемая источником энергии, определится:

Смотри полное содержание по представленным решенным задачам на websor.

Закон Ома для цепи переменного тока

При подключении нагрузки к такому источнику следует учитывать наличие в цепи компонентов с реактивными составляющими электрического сопротивления, конденсаторов и катушек индукции. Закон Ома для цепей переменного тока действует исключительно для амплитудных и эффективных значений напряжения и тока.

Распределение фаз в цепи с активным сопротивлением

В представленной на рисунке схеме реактивные составляющие отсутствуют. Для этого случая векторы тока и напряжения совпадают по фазе. Расчеты с активным сопротивлением можно выполнять с применением рассмотренных выше формул.

Индуктивная и емкостная нагрузки

При подключении элементов с реактивными характеристиками угол между векторами составляет 90°. В схеме с индуктивностью (емкостью) ток будет отставать от напряжения по фазе либо опережать соответственно. Для расчета напряжения можно применять следующие формулы (w – циклическая частота):

• UL = I * w*L;
• UC = I/ (w*C);
• ХL = w*L;
• XC = 1/(w*C).

Для полной цепи надо учесть суммарное значение сопротивления – Z. В следующем перечне приведены методы вычислений при наличии в цепи типовых комбинаций пассивных компонентов:

• резистор и катушка индуктивности (последовательное соединение): I = U/ √(R2 + (w*L)2);
• конденсатор с емкостью С и резистор: I = U/√(R2 + (1/w*C)2);
• цепочка RLC: I = U/√(R2 + (w*L + 1/w*L)2).

Сдвиг фаз можно представить следующими выражениями:

• tg ϕ = (UL – UC)/ UR = (ХL – XC)/R;
• cos ϕ = UR/U = R/ Z.

Для расчета активной мощности (Pа) в нагрузке применяют действующие значения тока (Iд) и напряжения (Uд):

Pа = Iд * Uд * cos ϕ.

Последний множитель фактически определяет количество потребляемой электроэнергии. Остаток расходуется на обменные процессы, нагрев соединительных проводов.

К сведению. Производители трансформаторов, электродвигателей и других мощных нагрузок с выраженными реактивными характеристиками приводят значение cos ϕ в сопроводительной документации. По этому коэффициенту можно сделать правильный вывод об энергетической эффективности оборудования. Соответствующую поправку делают при расчете цепей питания, чтобы обеспечить достаточное поперечное сечение проводников для предотвращения чрезмерного повышения температуры и возникновения аварийных ситуаций.

Отдельно следует рассмотреть резонанс. Это явление сопровождается резким увеличением силы тока в цепи при совпадении частоты сигнала (wc) с частотой созданного колебательного контура (wк). В подобной ситуации не исключено повреждение компонентов схемы и проводников.

Обозначенные условия создает увеличение сопротивления в цепи, которое обеспечивается равенством реактивных составляющих:

ХL = w*L = XC = 1/(w*C).

Частоты совпадают в следующем случае (последовательное соединение):

Напряжения на конденсаторе и катушке становятся равными по амплитуде, но противоположными по фазе. Ток определяется с учетом базовых определений закона Ома:

I = U/Z = U/ √ R2 + (2π * w * L – 1/2π * w * C)2.

Закон Ома для участка цепи

По классической формулировке зависимость электрических параметров описывают следующим образом: ток на участке цепи (I) прямо пропорционален разнице потенциалов между контрольными точками (напряжению, U) и обратно – сопротивлению (R). Записать приведенное определение можно с применением типовых обозначений:

«Магический» треугольник поможет запомнить основные формулы

К сведению. Для расчета берут значения величин в стандартных единицах измерения: напряжение – вольты (В), электрическое сопротивление – омы (Ом), сила тока – амперы (А).

Эти выражения действительны для любого токопроводящего участка схемы. Пример с резистором, через который пропускается постоянный ток, можно использовать для демонстрации элементарного алгоритма вычислений:

• исходные данные: R = 25 Ом, U = 8 B;
• для расчета тока используют приведенную формулу: I = U/ R = 8/ 25 = 0,32 А;
• если известен ток (I = 1,5 А) и сопротивление (R = 15 Ом), без вольтметра можно узнать напряжение на выводах резистора: U = I *R = 1,5 * 15 = 22,5 В.

Рассмотренные сведения применяют для коррекции электрических параметров. Так, если нужно увеличить напряжение, выбирают сопротивление с большим номиналом. Одновременно обеспечивают стабилизацию тока. Если построить диаграмму с измеренными значениями тока и напряжения по вертикальной и горизонтальной оси, график получится в виде прямой линии. Эта форма подтверждает отсутствие активных составляющих процесса.

Вольтамперная характеристика

В приведенном на рисунке примере R1>R2. Для прохождения сильного тока приходится увеличивать напряжение либо уменьшать сопротивление контрольного участка.

Как найти внутреннее сопротивление источника ЭДС

В продаже имеются специализированные приборы, позволяющие легко и быстро померить внутреннее сопротивление источника ЭДС. Однако, если замер требуется выполнить всего пару раз, то проще и быстрее сделать это подручными средствами по следующему алгоритму:

1. Померить напряжение U0 на выходных клеммах источника. Его приближённо можно считать равным ЭДС E. При этом вольтметр должен быть как можно более высокоомным, чтобы вносить в замер минимум погрешности.
2. Подключить к источнику ЭДС номинальную нагрузку и, не отсоединяя её, замерить разность потенциалов на клеммах U1 и протекающий в цепи ток I.
3. Рассчитать падение напряжения на внутреннем сопротивлении аккумулятора. Оно будет равно U0 – U1.
4. Вычислить искомую величину по формуле: r = (U0-U1)/I.

Зная внутреннее сопротивление аккумулятора, можно судить о его работоспособности. С годами данный параметр становится всё больше, т.е. омы увеличиваются. Соответственно, аккумулятор стареет, сильнее греется, не может отдать свой изначальный пиковый ток и быстрее разряжается даже без нагрузки.

Таблица внутренних сопротивлений аккумуляторов

Дополнительная информация. По вине внутреннего сопротивления оставленный на долгое время аккумулятор любого типа постепенно разряжается. Напряжение на клеммах может упасть до столь низкого уровня, что вернуть источник питания к жизни уже не удастся. Особенно подобное явление опасно для литиевых аккумуляторов.

Закон Ома позволяет легко рассчитать параметры любой последовательной электрической цепи. При этом учитывается влияние на схему индуктивностей и ёмкостей. Без полученных данных невозможны проектирование, ремонт и конечная наладка электронных устройств.

Трактовка и пределы применимости закона Ома

Для корректных расчетов следует учесть ограниченность действия рассмотренных методик. Законом Ома установлены базовые зависимости, которые сохраняются в сравнительно узком частотном диапазоне. Подразумевается применение компонентов с «идеальными» параметрами. Паразитные характеристики, взаимное влияние и отдельные внешние воздействия не учитываются.

Сверхпроводимость

В следующем списке приведены примеры, когда формулы закона Ома не описывают физические процессы с достаточной точностью:

• При значительном понижении температуры уменьшается амплитуда колебаний компонентов молекулярной решетки металлов. Это улучшает условия для прохождения заряженных частиц. На определенном уровне возникает сверхпроводимость, которая характеризуется минимальными потерями энергии в проводнике.
• В диапазоне сверхвысоких частот следует учитывать инерционные характеристики заряженных частиц. Определенное значение приобретают поверхностные токи.
• По мере нагрева на определенном уровне проводимость материала изменяется нелинейно, что исключает возможность применения представленных формул.
• Высоковольтное напряжение провоцирует пробой диэлектрика.

Преобразованные формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца

Встретил в Интернете картинку в виде круглой таблички, в которой удачно размещены формулы Закона Ома и Джоуля-Ленца и варианты математического преобразования формул. Табличка представляет собой не связанные между собой четыре сектора и очень удобна для практического применения

По таблице легко выбрать формулу для расчета требуемого параметра электрической цепи по двум другим известным. Например, нужно определить ток потребления изделием по известной мощности и напряжению питающей сети. По таблице в секторе тока видим, что для расчета подойдет формула I=P/U.

А если понадобится определить напряжение питающей сети U по величине потребляемой мощности P и величине тока I, то можно воспользоваться формулой левого нижнего сектора, подойдет формула U=P/I.

Подставляемые в формулы величины должны быть выражены в амперах, вольтах, ваттах или Омах.

Закон Ома для участка цепи

Со школьного курса физики всем хорошо известна классическая трактовка Закона Ома:

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Это значит, если к концам проводника сопротивлением R = 1 Ом приложено напряжение U = 1 Вольт, тогда величина тока I в проводнике будет равна 1/1 = 1 Ампер.

Отсюда следуют ещё два полезных соотношения:

Если в проводнике, сопротивлением 1 Ом, протекает ток 1 Ампер, значит на концах проводника напряжение 1 Вольт (падение напряжения).

Если на концах проводника есть напряжение 1 Вольт и по нему протекает ток 1 Ампер, значит сопротивление проводника равно 1 Ом.

Вышеописанные формулы в таком виде могут быть применимы для переменного тока лишь в том случае, если цепь состоит только из активного сопротивления R.
Кроме того, следует помнить, что Закон Ома справедлив только для линейных элементов цепи.

Предлагается простой Онлайн-калькулятор для практических расчётов.Закон Ома. Расчёт напряжения, сопротивления, тока, мощности.
После сброса ввести два любых известных параметра.

I=U/R; U=IR; R=U/I; P=UI P=U²/R; P=I²R;
R=U²/P; R=P/I² U=√(PR) I= √(P/R)

Примеры расчётов закона Ома

Давайте, найдём напряжение, если ток равен 0,9 Ампер, а сопротивление 100 Ом, пользуясь треугольником, прикрываем напряжение рукой, смотрим, вертикальная черта, значит умножить. Опять пользуемся той формулой, только подставляем числа, U = 0,9 А * 100 Ом, считаем, получиться 90, значит U = 90 вольт.

Теперь рассчитываем сопротивление, берём те же единицы, только убираем сопротивление, получиться вот такая формула: R = 90 В \ 0,9 А, получим 100 Ом.

Чтобы рассчитать ток, опять же убираем ток, получаем эту формулу I = 90 В \ 100 Ом, получаем 0,9 Ампер. Итак, на этом всё, кстати, закон Ома действует там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов, не забивайте голову конденсаторами и катушками индуктивности, просто, запомните, что закон Ома действует, там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов. Надеюсь, моя статья была полезной, всем удачи, с вами был Дмитрий Цывцын.

Полезная информация для начинающего электрика

Одним из первых шагов в профессиональной практике должно стать обучение использованию закона Ома для подсчетов различных показателей в сетях с одной или тремя фазами. Нужно также усвоить способы защиты электросети от выходов показателей тока и напряжения за дозволенные рамки и иных экстремальных ситуаций.

Как использовать закон Ома на практике

За выполняемую в сети работу всегда ответственен электроток. Именно он инициирует загорание электролампы, вращение ротора двигателя, сварку металлов и иные процессы, связанные с эксплуатацией электрического оборудования. Для рационального и безопасного выполнения таких работ необходимо, чтобы показатель электротока находился в пределах номинала. Он определяется резистивностью среды, в которой происходит токовое движение, и прилагаемым напряжением, которое, выступая в виде разницы прилагаемых энергетических потенциалов, ответственно за появление тока в цепи.

Важно! Если провод, через который осуществляется питание, обрывается или перегорает, схема обесточивается и становится неспособной реализовывать полезную работу. В проводах с тонким сечением это встречается чаще других

Сверхвысокое сопротивление дает противоположный эффект, настолько уменьшая ток, что становится невозможным выполнение им работы.

Примеры из жизни

Один из таковых – разрыв выключателем света цепи проводки, служащей для напряжения путем, по которому оно доходит до лампы. Просвет между контактами не дает току идти по светильнику.

Еще один пример – замыкание розеточных клемм, инициирующее инцидент короткого замыкания. Для его предотвращения применяются предохранители, обеспечивающие максимальную быстроту выключения запитывающего напряжения.

Что такое участок цепи

Простейший его вариант включает в себя лампу, аккумулятор и соединительные кабели. Батарея выступает как внутренний источник напряжения, а лампа и прилегающая проводка выступают как фрагмент электроцепи, в котором выполняется полезная работа.

Как использовать треугольник закона Ома

Этот символ облегчает запоминание омовского правила. Сверху его находится напряжение, внизу – две другие величины. При необходимости вычислить один из параметров по известным значениям других его выделяют из фигуры и производят релевантное случаю действие: умножение или деление.

Треугольник Ома

Без умения применять омовский закон и вытекающие из него следствия на практике невозможно корректное обращение с электропроводкой. Для облегчения запоминания рекомендуется использовать треугольник Ома.

Для переменного тока

В цепи переменного тока закон Ома может иметь некоторые особенности, описанные ниже.

Импеданс, Z

В цепи переменного тока, сопротивление кроме активной (R), может иметь как емкостную (C), так и индуктивную (L) составляющие. В этом случае вводится понятие электрического импеданса, Z (полного или комплексного сопротивления для синусоидального сигнала). Упрощенные схемы комплексного сопротивления приведены на рисунках ниже, слева для последовательного, справа для параллельного соединения индуктивной и емкостной составляющих.

Последовательное включение R, L, C

Параллельное включение R, L, C

Также, полное сопротивление, Z зависит не только от емкостной (C), индуктивной (L) и активной (R) составляющих, но и от частоты переменного тока.

Импеданс, Полное сопротивление, Z
При последовательном включении R, L, C	При параллельном включении R, L, C
Z=√(R2+(ωL-1/ωC)2)	Z=1/ √(1/R2+(1/ωL-ωC)2)
где,
ω = 2πγ — циклическая, угловая частота; γ — частота переменного тока.

Коэффициент мощности, Cos(φ)

Коэффициент мощности, в самом простом понимании, это отношение активной мощности (P) потребителя электрической энергии к полной (S) потребляемой мощности, т. е.

Он также показывает насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.Изменяется от 0 до 1. Если нагрузка не содержит реактивных составляющих (емкостной и индуктивной), то коэффициент мощности равен единице.Чем ближе Cos(φ) к единице, тем меньше потерь энергии в электрической цепи.

Исходя из вышеперечисленных понятий импеданса Z и коэффициента мощности Cos(φ), характерных для переменного тока, выведем формулу закона Ома, коэффициента мощности и их производные для цепей переменного тока:

I = U / Z	где	I — сила переменного тока, измеряемая в Амперах, (A)
U — напряжение переменного тока, измеряемое в Вольтах, (V)
Z — полное сопротивление (импеданс), измеряется в Омах, (Ω)

Сила тока,	I=	U/Z	P/(U×Cos(φ))	√(P/Z)
Напряжение,	U=	I×Z	P/(I×Cos(φ))	√(P×Z)
Полное сопротивление, импеданс	Z=	U/I	P/I²	U²/P
Мощность,	P=	I²×Z	I×U×Cos(φ)	U²/Z

Программа «КИП и А» имеет в своем составе блок расчета закона Ома как для постоянного и переменного тока, так и для расчета импеданса и коэффициента мощности Cos(φ). Скриншоты представлены на рисунках внизу:

Закон Ома для постоянного тока

Закон Ома для переменного тока

Расчет полного сопротивления

Расчет коэффициента мощности Cos(φ)

Дополнительные методы расчета цепей

В зависимости от сложности устройства (электрической схемы), выбирают оптимальную технологию вычислений.

Метод узлового напряжения

Основные принципы этого способа базируются на законе Ома и постулатах Кирхгофа. На первом этапе определяют потенциалы в каждом узле. Далее вычисляют токи в отдельных ветвях с учетом соответствующих электрических сопротивлений (отдельных компонентов или эквивалентных значений). Проверку делают по рассмотренным правилам.

Метод эквивалентного генератора

Эта технология подходит для быстрого расчета тока в одной или нескольких контрольных ветвях.

Графическое пояснение

В данной методике общую цепь представляют в виде источника тока с определенным напряжением и внутренним сопротивлением. Далее выполняют вычисления по контрольной ветви с применением стандартного алгоритма.

Закон Ома для замкнутой цепи

Если к источнику питания подключить внешнюю цепь сопротивлением R, в цепи пойдёт ток с учётом внутреннего сопротивления источника:

I — Сила тока в цепи. — Электродвижущая сила (ЭДС) — величина напряжения источника питания не зависящая от внешней цепи (без нагрузки).
Характеризуется потенциальной энергией источника.r — Внутреннее сопротивление источника питания.

Для электродвижущей силы внешнеее сопротивление R и внутреннее r соединены последовательно, значит величина тока в цепи определится значением ЭДС и суммой сопротивлений: I = /(R+r) .

Напряжение на выводах внешней цепи определится исходя из силы тока и сопротивления R соотношением, которое уже рассматривалось выше:
U = IR.
Напряжение U, при подключении нагрузки R, всегда будет меньше чем ЭДС на величину произведения I*r, которую называют падением напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.
С этим явлением мы сталкиваемся достаточно часто, когда видим в работе частично разряженные батарейки или аккумуляторы.
По мере разряда, увеличивается их внутреннее сопротивление, следовательно, увеличивается падение напряжение внутри источника,
значит уменьшается внешнее напряжение U = — I*r.
Чем меньше ток и внутреннее сопротивление источника, тем ближе по значению его ЭДС и напряжение на его выводах U.
Если ток в цепи равен нулю, следовательно, = U. Цепь разомкнута, ЭДС источника равна напряжению на его выводах.

В случаях, когда внутренним сопротивлением источника можно пренебречь (r ≈ 0), напряжение на выводах источника будет равно ЭДС ( ≈ U )
независимо от сопротивления внешней цепи R. Такой источник питания называют источником напряжения.

Что изменится для полной цепи

В ситуации выше рассмотрен только некоторый участок цепи, обладающий каким-то фиксированным сопротивлением. Мы предполагаем, что при определенных условиях электроны начнут движение. Причина этого движения — тот самый груз на картинке. В реальных условиях это — источник тока. Это может быть батарейка, генератор постоянного тока, подключенный шнур блока питания и т.д. При подключении источника питания к проводнику в нем начинает протекать ток. Это мы тоже знаем и наблюдаем, когда включаем лампу в сеть, ставим заряжаться мобильный телефон и т.д.

Полная цепь включает в себя источник питания

Участок цепи имеет какое-то сопротивление. Это понятно. Но источник питания тоже имеет сопротивление. Его обычно обозначают маленько буквой r. Так как ток бежит по кругу, ему приходится преодолевать сопротивление провода и сопротивление источника тока. Вот это суммарное сопротивление цепи и источника питания — называют импеданс. Говорят еще что это комплексное сопротивление. В формуле Ома для полной цепи его отображают при помощи суммы. В знаменателе стоит сумма сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника тока (R + r).

Всем, наверное, понятно, что именно источник тока создает нужные условия для движения электронов. Все благодаря тому, что он обладает ЭДС — электродвижущей силой. Эта величина обозначается обычно E. Чем больше эта сила, тем больше ток. Это тоже, вроде, понятно. Поэтому обозначение ЭДС — латинскую букву E — ставят в числитель. Таким образом, формулировка закона Ома для полной цепи звучит так:

Вроде не слишком сложно, но можно попробовать еще проще:

• Чем выше ЭДС источника тока, тем больше ток.
• Чем больше суммарное сопротивление, тем ток меньше.

Простые примеры расчета

Чтобы научиться пользоваться омовским правилом на практике, необходимо представлять, как проводятся расчеты для показателей электроприборов в домашних сетях, а также в подключенных к источнику постоянного тока схемах с параллельным или последовательным соединением.

Бытовая сеть переменного тока

С помощью калькулятора можно выполнять обработку данных, позволяющую установить исправность бытовых электроприборов. Пользователь может узнать, релевантны ли показатели заявленным производителем в инструкции, и нет ли нужды в замене каких-либо деталей агрегата.

Пример №1 Проверка ТЭНа

Имеется цель проверить функционирование трубчатого электрического нагревателя, установленного в стиральный агрегат. Известно, что он рассчитан на подключение к сети в 220 вольт, а мощность его составляет 1250 ватт. Базируясь на этих данных, можно рассчитать следующие показатели:

• сила тока: I=1250/220=5,68 А;
• сопротивление: R=220/5,68=38,7 Ом.

После этого можно проводить проверку измерительными приборами с целью установить, насколько получившиеся значения релевантны эталонным.

ТЭН стиральной машины

Пример №2 Проверка сопротивления двигателя

Наглядным примером может быть моющий пылесос для проведения влажной уборки. Целью будет определение сопротивления заводского электродвигателя и потребляемого агрегатом тока. Известно, что мощность прибора составляет 1600 ватт, и он рассчитан на использование в сети на 220 вольт. Из этих данных можно определить токовую силу:

В поля калькулятора нужно ввести значение напряжения, на которое рассчитано устройство, и подсчитанную токовую силу. Инициировав подсчет, нужно дождаться вывода результатов на экран. По полученным данным сопротивление при мощности в 1,6 квт будет составлять 30,1 Ом.

Цепи постоянного тока

Для иллюстрации работы с такими цепями на бытовом примере хорошо подойдет лампа, вмонтированная в автомобильную фару. Если галогенный элемент с мощностью 55 ватт имеет эксплуатационное напряжение 12 В, электроток будет равен:

Чтобы узнать сопротивление размещенной в лампочке вольфрамовой нити, нужно заполнить поля калькулятора, указав найденную токовую силу и напряжение эксплуатации. Он вернет искомое значение R.

Важно! Если поставить щупы мультиметра к лампе в не нагретом состоянии, полученный показатель сопротивления будет меньше. Присущую вольфраму способность менять сопротивление при накаливании используют для создания недорогих ламп простой конструкции

Когда металлическая нить нагревается, сопротивление препятствует нарастанию тока. Если такой же электроток будет течь через холодную нить, есть шанс, что она перегорит. Чтобы увеличить срок эксплуатации таких ламп, подойдет ступенчатое наращивание подаваемого напряжения от нулевого значения до номинала. Для этого можно использовать ограничительное реле

Присущую вольфраму способность менять сопротивление при накаливании используют для создания недорогих ламп простой конструкции. Когда металлическая нить нагревается, сопротивление препятствует нарастанию тока. Если такой же электроток будет течь через холодную нить, есть шанс, что она перегорит. Чтобы увеличить срок эксплуатации таких ламп, подойдет ступенчатое наращивание подаваемого напряжения от нулевого значения до номинала. Для этого можно использовать ограничительное реле.

Автомобильная лампа

Нелинейные элементы и цепи

Как отмечено в предыдущем разделе, калькулятор и элементарные технологии расчета в отдельных ситуациях непригодны.

График изменения сопротивления

На рисунке приведены результаты эксперимента с типовой лампой накаливания. Видно, что при увеличении напряжения сопротивление изменяется нелинейно. Данное явление сопряжено с нагревом вольфрамовой нити. Для подобных ситуаций необходимы сведения о значениях проводимости в отдельных точках графика. Например, можно использовать тангенс угла α по отношению к горизонтальной оси. В этом случае статическое электрическое сопротивление для определенного места (Rст) рассчитывают по формуле:

Rст = Uα/Iα = tg α.

Также применяют значение, эквивалентное минимальному изменению тока и напряжения (ΔI и ΔU соответственно). По этой методике Rст = ΔU / ΔI = tg ϕ, где ϕ – угол между касательной в контрольной точке и осью абсцисс.

Нелинейные элементы

На первом рисунке показана вольтамперная характеристика серийного диода. График подтверждает смещение полупроводникового перехода в зависимости от приложенного напряжения. Хорошо видно, как на горизонтальном участке существенное изменение потенциала сопровождается незначительной реакцией силы тока.

Второй рисунок демонстрирует зависимость характеристик от уровня светового потока (Ф). Стандартный фотодиод функционирует в области обратного смещения p-n перехода. Это наглядный пример двухполюсного радиотехнического компонента с нелинейными параметрами.

На последнем рисунке изображена вольтамперная характеристика тиристора. Работой этого устройства управляют с помощью дополнительной области, созданной в полупроводниковом переходе. Аналогичные по сути решения применяют в транзисторах.

Цепи, которые будут содержать подобные компоненты, называют нелинейными. При расчетах учитывают особенности ВАХ, время переключения. Определенное значение имеет класс изделия. К безынерционным относят элементы с быстрой реакцией на управляющие воздействия.

Формула Закона Ома

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

где I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается Oм.

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

Онлайн калькулятор для определения силы тока
Напряжение, В:
Сопротивление, Ом:

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Помогла ли вам статья?

Резистивные электрические цепи

Электрическая цепь характеризуется режимом работы, который определяет характер действующих в ней напряжений и токов. Наиболее просто задача составления уравнений решается для цепей, находящихся в статическом режиме. Говорят, что цепь находится в статическом режиме, если все действующие в ней токи и напряжения являются постоянными. Статический режим соответствует постоянному току (рис. 4.1, а). В этом случае схема замещения индуктивности представляет собой короткозамкнутую цепь, а схема замещения ёмкости — разрыв цепи

Иначе говоря, в статическом режиме имеем резистивную модель цепи, что позволяет ограничиться анализом только резистивной цепи. Тем не менее, результаты, полученные для этого случая, в последующем будут распространены на анализ линейных цепей общего вида.

Расчёт последовательных электрических цепей (делители напряжений)

Рассмотрим последовательную электрическую цепь, состоящую из п рези-стивных элементов и одного источника напряжения
(рис. 4.2).

Задача 4.1.

Определить ток

Решение. Согласно закону Ома для выбранных направлений отсчётов тока и напряжений получим:

Вывод: для определения напряжения на любом элементе последовательной цепи необходимо заданное напряжение источника разделить на сумму сопротивлении всех резистивных элементов и умножить на сопротивление данного элемента.

Полученное положение часто называют правилом деления напряжений, а саму цепь — делителем напряжений.

Расчёт параллельных электрических цепей (делители токов)

Рассмотрим параллельную электрическую цепь, состоящую из резистивных элементов и одного источника тока (рис. 4.3).

Задача 4.2.

Определить напряжение и на зажимах цепи и токи в резистивных элементах.

Решение. Согласно закону Ома для выбранных направлений отсчёта тока и напряжений получим:

Вывод: для определения тока в любом резистивном элементе параллельной цепи необходимо задающий ток i0 источника разделить на сумму проводимостей всех элементов и умножить на проводимость того элемента, по которому протекает искомый ток.

Полученное положение часто называют правилом деления токов, а саму цепь — делителем токов.

Расчёт параллельно-последовательных электрических цепей

Определение:

Параллельно-последовательной электрической цепью называется цепь, которая представляет собой совокупность ветвей, связанных между собой только параллельно или последовательно.

Пример такой цепи приведён на рис. 4.4, а, где резистивные элементы включены последовательно; параллельно к ним подключён элемент. Последовательно с двухполюсником из элементов подключён элемент и т. д. вплоть до элемента соединённого параллельно с источником тока и двухполюсником, образуемым всеми остальными элементами цепи.

Если цепь рис. 4.4, а дополнить резистивным элементом или каким-либо источником, включённым не между смежными узлами, то полученная цепь уже не будет параллельно-последовательной; такая цепь получается, например, при включении элемента между узлами 2 и 4 (рис. 4.4, б).

Расчёт параллельно-последовательных электрических цепей с одним источником

Напряжения и токи в параллельно-последовательных резистивных цепях с одним источником находятся путём эквивалентных преобразований схемы заданной цепи в направлении к источнику тока или источнику напряжения по следующему правилу:

• анализируется структура цепи и выделяется самый удалённый от источника воздействия элемент, от которого и начинаются эквивалентные преобразования;
• резистивные элементы, соединённые только последовательно или только параллельно, заменяются их эквивалентами;
• эквивалентные замены проводятся до тех пор, пока схема заданной цепи не преобразуется в схему последовательной или параллельной цепи;
• для полученной эквивалентной цепи по закону Ома находится ток, протекающий через источник напряжения, или напряжение на зажимах источника задающего тока;
• исходная схема цепи восстанавливается в обратном порядке и на основании правил, установленных в разд. 4.1 и 4.2, находятся токи, протекающие в элементах, и напряжения на этих элементах.

Пример 4.1.

Найти напряжения на элементах параллельно-последовательной цепи, изображённой на рис. 4.5, а.

а) последовательно соединённые элементы и , заменяются двухполюсником

б) параллельно соединённые элемент и двухполюсник включённые между узлами 3 — 0, заменяются двухполюсником

в) последовательно соединённые элемент и двухполюсник заменяются двухполюсником

г) параллельно соединённые элемент и двухполюсник включённые между узлами 2 — 0, заменяются двухполюсником

На этом эквивалентные преобразования завершаются, поскольку полученная эквивалентная цепь (рис. 4.5, б) представляет собой последовательное соединение источника напряжения элементов и двухполюсника

Вычисление токов и напряжений на элементах схемы эквивалентной цепи:

по правилу деления напряжений получаем:

Вычисление токов и напряжений на резистивных элементах схемы исходной цепи (в обратном порядке для восстановления цепи):

а) по правилу деления токов находим ток протекающий через элемент и двухполюсник

б) по правилу деления напряжений вычисляем напряжение на элементе и на двухполюснике (между узлами 3-0)

в) аналогично определяем токи

и напряжения на элементах

Расчёт параллельно-последовательных электрических цепей с несколькими источниками

Для нахождения токов и напряжений в цепи с несколькими независимыми источниками применяется свойство аддитивности линейной цепи (1.2), называемое часто принципом наложения или суперпозиции, который обычно формулируют в виде теоремы:

Реакция линейной электрической цепи на совокупность воздействий равна сумме реакций, вызываемых в той же цепи каждым из воздействий в отдельности.

Смысл принципа наложения состоит в том, что если к линейной электрической цепи подведено воздействий, например, в виде ЭДС то реакция в любом из элементов цепи, например ток будет представлять сумму токов

где — ток в рассматриваемом элементе цепи, вызываемый воздействием ЭДС -го источника при условии, что ЭДС остальных источников положены равными нулю.

Принцип наложения является следствием линейности оператора, с помощью которого описывается электрическая цепь
(см. разд. 1.4). Именно этот принцип может быть использован для практического определения линейности цепи: если в результате эксперимента над некоторой электрической цепью окажется, что реакция цепи на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое из воздействий в отдельности, то исследуемая цепь является линейной.

Пример 4.2.

Найти напряжения на резистивном элементе параллельно-последовательной цепи с двумя независимыми источниками, изображённой на рис. 4.6, а.

Решение. Согласно принципу наложения напряжение равно сумме напряжений и создаваемых соответственно источником напряжения и источником тока в отдельности

1. Положим, что в цепи имеется только источник напряжения, а задающий ток источника тока равен нулю; в этом случае ветвь, содержащая источник тока, оказывается разомкнутой (рис. 4.6, б); тогда образуется последовательная цепь, в которой

(4.1)

2. Положим, что в цепи имеется только источник тока, а задающее напряжение источника напряжения равно нулю; в этом случае ветвь, содержащая источник напряжения, оказывается замкнутой накоротко (рис. 4.6, в); тогда образуется параллельная цепь, в которой

(4.2)

Складывая (4.1) и (4.2), окончательно получаем

(4.3)

Расчёт электрических цепей методами уравнений Кирхгофа

На практике электрические цепи являются не столь простыми, нежели рассмотренные, и далеко не всегда представляют собой комбинацию последовательно и параллельно соединённых ветвей. Примером часто используемой цепи является удлинитель
(рис. 4.7). Расчёт (анализ) таких цепей осуществляются на основании прямого применения законов Кирхгофа (см. лекцию 2).

В зависимости от того, что подлежит определению, различают два метода: метод токов ветвей и метод напряжений ветвей, которые обычно называют прямыми методами расчёта цепей.

Метод уравнений Кирхгофа заключается в составлении и решении трёх групп уравнений:

• уравнений по первому закону Кирхгофа для узлов;
• уравнений по второму закону Кирхгофа для замкнутых контуров;
• уравнений по закону Ома для каждого элемента цепи.

4.4.1. Метод токов ветвей

В методе токов ветвей неизвестными, подлежащими определению, являются токи ветвей. Существо метода состоит в следующем.

Пусть цепь содержит узлов и ветвей, включая источники напряжения. Поскольку неизвестными являются токи в ветвях, число необходимых независимых уравнений должно быть равно По первому закону Кирхгофа можно составить только

независимых уравнений (2.4).

По второму закону Кирхгофа можно составить только

независимых уравнений (2.6).

На основании полученных зависимостей можно сформулировать порядок расчёта цепи рассматриваемым методом:

1. На схеме цепи выбираются положительные направления токов в ветвях и напряжений на элементах.
2. Составляется независимых уравнений относительно токов в узлах по первому закону Кирхгофа.
3. Составляется независимых уравнений относительно контурных токов по второму закону Кирхгофа.
4. Напряжения на резистивных элементах, входящие в уравнения п. 3, выражаются через токи по закону Ома.
5. Полученная система из уравнений решается относительно искомых величин.

Пример 4.3.

Рассчитать токи всех ветвей удлинителя (см. рис. 4.7).

Решение. Для однозначного составления уравнений выберем направления токов и напряжений такими, как показано на рисунке.

Удлинитель имеет 4 узла и 6 ветвей, поэтому по первому закону Кирхгофа можно составить

(4.4)

и по второму закону Кирхгофа можно составить также

независимых уравнения; при выбранных направлениях обхода контуров получаем:

(4.5)

Выразим напряжения , на резисторах через токи ; и полученные выражения подставим в систему уравнений для напряжений в контурах:

(4.6)

Объединение систем уравнений 4.4 и 4.6 даёт систему (4.7), в которой переменными являются токи ветвей (элементов).

(4.7)

Объединённая система уравнений является неоднородной системой из шести алгебраических уравнений относительно такого же числа неизвестных

Метод напряжений ветвей

В методе напряжений ветвей неизвестными, подлежащими определению, являются напряжения на элементах цепи. Метод подобен методу, рассмотренному в разд. 4.4.1, а именно: так же, как и в предыдущем случае, составляются две системы уравнений по первому и второму законам Кирхгофа, однако теперь все токи ветвей выражаются через напряжения и проводимости резисторов по закону Ома. Две полученные системы объединяются в одну, результатом решения которой оказываются напряжения на резисторах.

Пример 4.3.

Рассчитать напряжения на элементах удлинителя (см. рис. 4.7) при выбранных на рисунке направлениях токов и напряжений.

Решение. Составляются системы уравнений (4.4) и (4.5), после чего в системе

(4.4) токи выражаются через напряжения на резисторах В результате получаем систему

(4.8)

где является эквивалентной проводимостью всей цепи. Объединением

(4.5) и (4.8) получаем систему

(4.9)

в которой неизвестными являются напряжения на резисторах.

Видно, что метод напряжений ветвей является дуальным по отношению к методу токов ветвей, т. к. для получения системы (4.9) достаточно в системе (4.7) произвести простую замену токов на напряжения и сопротивлений на проводимости.

1. Электротехника
2. Основы теории цепей

• Гармонические напряжения и токи
• Энергетические характеристики двухполюсников
• Комплексные функции электрических цепей
• Гармонические колебания в колебательном контуре
• Электрические цепи синусоидального тока
• Электрические цепи несинусоидального тока
• Несинусоидальный ток
• Электрические цепи с распределенными параметрами

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

§ 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с.

Основным инструментом здесь является вольтметр. Он может быть выполнен, как в виде отдельного устройства, так и включен в многофункциональный измерительный инструмент, называемый цифровым мультиметром.

Цифровым, потому что данный прибор имеет дисплей для отображения значений измеряемой величины и использует цифровые схемы для измерений (например, микроконтроллер), а не универсальную измерительную головку как старые стрелочные приборы. Также некоторые мультиметры оборудованы токоизмерительными клещами, но используются и для измерения напряжения и сопротивления на участке цепи.

В зависимости от конкретной ситуации необходима различная точность измерения. Для домашних целей нет необходимости покупать дорогой и точный аппарат, поэтому домашние мастера зачастую пользуются дешевым китайским мультиметром (например, наиболее популярны модели DT838 или DT830).

Читайте также: Кабель КГ. Устройство и маркировка. Характеристики и применение

Универсальные измерительные приборы часто называют «тестер»

Для профессиональных целей в лабораториях и ремонтных мастерских пользуются наиболее точным и сложным прибором – осциллографом. Наиболее популярными моделями этих устройств являются советские с1-94 и с1-65, а также российский аппарат ads 2061m и зарубежные типа hantek и прочих.

Советские мастера обычно пользовались стрелочным тестером или «цешкой».

Цешка – прибор Ц20, советский мультиметр, предназначенный для измерения под нагрузкой напряжения в сети постоянного и переменного тока до 600В, силы постоянного тока до 750 мА и сопротивления до 500кОм. Также применяют приборы ц4313, ц4353. Измерения, которые производят данные приборы – тоже являются достаточно точными, поэтому некоторые электрики и радиолюбители пользуются им и по сей день.

Сопротивления цепи

Уравнение (5-30) можно переписать в следующем виде

= √(
Ir
)2 + (
IxL
)2 =
I
√
r
2 +
x
2L =
Iᴢ
откуда ток в цепи

называется полным сопротивлением цепи.

Сопротивления r

Читайте также: Какие кабели и провода использовать для проводки в квартире

,
x
L и
z
графически можно изобразить сторонами прямоугольного треугольника — треугольника сопротивлении (рис. 5-20), который можно получить из треугольника напряжений, уменьшив каждую из его сторон в
I
раз.

Так как треугольники сопротивлений и напряжений подобны, угол сдвига φ между напряжением и током, равный углу между сторонами треугольника z

и
r
, можно определить через

a /
U
Рис 5-20. Треугольник сопротивлений цепи с активным сопротивлением и индуктивностью

Как измерить напряжение мультиметром

Начнем с основ. Любым прибором и в любом случае вольтметр подключается параллельно элементу, на котором измеряют напряжение. Любой мультиметр в режиме измерения напряжения – это вольтметр. Последовательно подключают только амперметр при измерении силы тока.

В дешевых мультиметрах (и во многих дорогих) есть 3 или 4 разъёма для подключения щупов, обычно это:

• COM – общий, обычно черного цвета и в него всегда вставляют щуп (соответственно тоже черный);
• VΩmA – для измерения напряжения, сопротивления, проверки диодов и или тока малой величины (до 200 мА), обычно красного цвета;
• 10А (20А) – для измерения тока большой величины.

На рисунке ниже вы видите самую распространенную модель китайского мультиметра (DT-830 или просто «830-й»). Стрелками показаны разъёмы для подключения щупов, а зеленым цветом выделен разъём, в который нужно вставить красный щуп если вы хотите измерить напряжение.

Для того, чтобы измерить напряжение в цепи, необходимо произвести несколько манипуляций с прибором. Для начала нужно определится с видом напряжения: постоянное (DC или знак =) или переменное (AC или знак ~), и установить переключатель в нужное положение.

Далее выставить тем же переключателем предел измерения. Если на приборе он меньше, чем измеряемая величина то провести измерение не получится.

Поэтому первое измерение производят с максимального предела, постепенно снижая его до получения значения нужной размерности. Например, если вы не знаете какое напряжение в цепи, ставьте максимальный предел, на приведенном фото — 1000 Вольт, проведите измерение, если на экране показало «12 Вольт», то снизьте предел до 20В, чтобы узнать точное значение до десятых или сотых долей.

Некоторые устройства автоматически определяют предел и вид напряжения, поэтому переключение не требуется.

Читайте также: Мощность трансформатора, какая должна быть, как правильно выбрать, рассчитать.

Подключение прибора в цепь производится с помощью щупов: один (красный) к плюсу (или фазе), второй (черный) к минусу (или нулю). Если щупы подключены в обратной последовательности — черный к плюсу, а красный к минусу, то значение на дисплее будет с минусом.

§ 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с.

Измерения показывают, что напряжение на зажимах источника тока, замкнутого на внешнюю цепь, зависит от силы отбираемого тока (от «нагрузки») и изменяется с изменением последнего. Пользуясь законом Ома, мы можем сейчас разобрать этот вопрос точнее.

Из формулы (80.1) имеем

где – сопротивление внешней цепи, а – внутреннее сопротивление источника. Но к внешней цепи мы вправе применить закон Ома для участка цепи:

Здесь – напряжение во внешней цепи, т. е. разность потенциалов на зажимах источника. Оно может быть выражено на основании (81.1), (81.2) следующей формулой:

Мы видим, что при замкнутой цепи напряжение на зажимах источника тока всегда меньше э. д. с. . Напряжение зависит от силы тока и только в предельном случае разомкнутой цепи, когда сила тока , напряжение на зажимах равно э. д. с.

Уменьшение напряжения на зажимах источника при наличии тока легко наблюдать на опыте. Для этого нужно замкнуть какой-либо гальванический элемент на реостат и подключить к зажимам элемента вольтметр (рис. 127). Перемещая движок реостата, можно видеть, что чем меньше сопротивление внешней цепи, т. е. чем больше ток, тем меньше напряжение на зажимах источника. Если сопротивление внешней цепи сделать очень малым по сравнению с внутренним сопротивлением источника («вывести» реостат), т. е. сделать «короткое замыкание», то напряжение на зажимах делается равным нулю.

Рис. 127. С уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника тока уменьшается: а) схема опыта; б) общий вид экспериментальной установки, 1 – источник тока, 2 – реостат, 3 – амперметр, 4 – вольтметр

Что же касается тока, то он при коротком замыкании достигает своего максимального значения . Сила этого «тока короткого замыкания» получается из закона Ома (80.1), если в нем положить (т. е. пренебречь сопротивлением по сравнению с ):

Отсюда видно, что ток короткого замыкания зависит не только от э. д. с., но также и от внутреннего сопротивления источника. Поэтому короткое замыкание представляет различную опасность для разных источников тока.

Короткие замыкания гальванического элемента сравнительно безвредны, так как при небольшой э. д. с. элементов их внутреннее сопротивление велико, и поэтому токи короткого замыкания малы. Такие токи не могут вызвать серьезные разрушения, и поэтому к изоляции проводов в целях, питаемых элементами (звонки, телефоны и т. п.), не предъявляют особо высоких требований. Иное дело силовые или осветительные цепи, питаемые мощными генераторами. При значительной э. д. с. (100 и более вольт) внутреннее сопротивление этих источников ничтожно мало, и поэтому ток короткого замыкания может достигнуть огромной силы. В этом случае короткое замыкание может привести к расплавлению проводов, вызвать пожар и т. д. Поэтому к устройству и изоляции таких цепей предъявляют строгие технические требования, которые ни в коем случае нельзя нарушать без риска вызвать опасные последствия. Такие цепи всегда снабжаются предохранителями (§ 63) и притом нередко в различных местах: общий предохранитель (при главном вводе), групповые и штепсельные предохранители.

Внутреннее сопротивление элемента Даниеля с э. д.с. 1,1 В равно 0,5 Ом. Вычислите ток короткого замыкания этого элемента.

Элемент из предыдущей задачи замкнут на сопротивление 0,6 Ом. Чему равно напряжение на зажимах элемента?

Э. д. с. генератора постоянного тока равна 220 В, а внутреннее сопротивление равно 0,02 Ом. Какой ток возникает при коротком замыкании?

При измерении э. д. с. источников при помощи вольтметра мы всегда допускаем некоторую погрешность, так как через вольтметр течет некоторый, хотя и очень малый, ток, и поэтому источник, строго говоря, не разомкнут, а замкнут на вольтметр. Пусть внутреннее сопротивление элемента равно 1 Ом, его э. д. с. равна 1,8 В, а сопротивление вольтметра равно 179 Ом. Какую погрешность при измерении э. д. с. мы допускаем?

Читайте также: Максимальная длина кабеля для видеонаблюдения.

Можно ли точно измерить э. д. с. при помощи электрометра? Как нужно присоединить электрометр к элементу для измерения его э. д. с.?

Изменяется ли показание электрометра, соединенного с гальваническим элементом, если параллельно с ним включить конденсатор, как показано на рис. 128? Будет ли иметь значение емкость конденсатора?

Рис. 128. К упражнению 81.6

Э. д. с. некоторого элемента измеряют при помощи электрометра с конденсатором (рис. 129, а). Электрометр, отсоединенный от элемента, после снятия диска показывает 500 В (рис. 129, б). При этом известно, что емкость конденсатора при удалении диска уменьшается в 250 раз. Чему равно напряжение элемента?

Рис. 129. К упражнению 81.7

Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.

Известно, что постоянный магнит оказывает действие на проводник с током (например, рамку с током); известно также обратное явление – проводник с током оказывает действие на постоянный магнит (например, на магнитную стрелку компаса).

Рисунок 4.1. Действие постоянного магнита на рамку с током и проводника с током на магнитную стрелку компаса.

Естественно поставить вопрос

: а не может ли
один проводник
с током оказывать непосредственное действие на
другой проводник
с током? Положительный ответ на этот вопрос дал в 1820г. Ампер (Ampere A., 1775-1836), установивший
силовойзаконвзаимодействия проводников с током
.

Физический смысл закона

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

Вопросы для самоконтроля

Почему сопротивление проводников уменьшается при повышении температуры?

Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи?

Что называется силой тока?

Что называется электродвижущей силой генератора?

Объясните происхождение сторонних сил.

Сколько электронов проходит в 1 с через поперечное сечение медного провода при силе тока 1 А?

Что называется узлом разветвления электрической цепи?

Запишите математические выражения первого и второго правил Кирхгофа. Сформулируйте эти правила.

Как определяется работа и мощность электрического поля?

Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

Как определяется закон Ома для неоднородного участка цепи? для замкнутой цепи?

От чего зависит и как определяется КПД источника тока?

. Курс физики учеб. пособие / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский.-7-е изд. Стер.-М. : ИЦ «Академия».-2008.-720 с.

Савельев, И.В

. Курс физики: в 3т.:учеб.пособие Т.1: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. /И.В. Савельев.-4-е изд. стер. – СПб.; М. Краснодар: Лань.-2008. – 480 с.

Трофимова, Т.И.

курс физики: учеб. пособие/ Т.И. Трофимова.- 15-е изд., стер.- М.: ИЦ «Академия», 2007.-560 с.

Дополнительная

Фейнмановские лекции по физике / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс.– М.: Мир.

Т.1. Современная наука о природе. Законы механики. – 1965. –232 с.

Т. 2. Пространство, время, движение. – 1965. – 168 с.

Т. 3. Излучение. Волны. Кванты. – 1965. – 240 с.

Берклеевский курс физики. Т.1,2,3. – М.: Наука, 1984

Т. 1. Китель, Ч.

Механика / Ч. Китель, У. Найт, М. Рудерман. – 480 с.

Читайте также: Текущий и капитальный ремонт силового трансформаторов

Т. 2. Парселл, Э.

Электричество и магнетизм / Э. Парселл. – 448 с.

Т. 3. Крауфорд, Ф.

Волны / Ф. Крауфорд – 512 с.

Курс общей физики: в 3 т.: учеб. / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева.- СПб.: М.; Краснодар: Лань.-2009.

Т.1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны: учебник — 480 с.

Т.2: Электрические и электромагнитные явления: учебник. – 518 с.

Т. 3. Оптика. Атомная физика: учебник– 656 с.