Мощность через силу тока и сопротивление: Как найти мощность электрического тока

Содержание

Выведите выражение мощности тока через напряжение и сопротивление ивыражение мощности тока

помогите с физикоооой​

помогите пожалуйста, даю 30 балов.​

Визначте ціну поділки термометра і його показання

длина первого поезда 500 м а скорость 108 км/ч Длина второго 300 м а скорость 72 км/ч с Сколько времени будет продолжаться встреча​

Тіло кинуто вертикально в гору зі швидкістю 40 м/с. Визначити швидкість тіла через 2 секунди. ​

Помогите пожалуйста срочно

1 вариант 1. Велосипедист 2/8 всего времени движения ехал со скоростью 2,5 м/с, 3/5 всего времени движения – 36 км/ч, остальные 5 км он проехал за 28 … минут. Определите среднюю скорость движения велосипедиста. 2. Тело пятую часть пути проехало со скорость 45 км/ч. Остальную часть со скоростью 90 км/ч. Определить среднюю скорость движения. 2.99. Турист первую треть всего времени движения шел по грун- товой дороге со скоростью v = 3 км/ч. Следующую треть времени он перемещался со скоростью v = 6 км/ч. Последний участок, длиной в треть всего пути, турист шел со скоростью р. Най- дите, при какой скорости и он прошел тот же путь за то же время, двигаясь равномерно.​

4. Для нагревания кирпича массой 3 кг от 16 оС до 28 оС израсходовано 44 кДж теплоты. Найти удельную теплоемкость кирпича. 5. Какое количество теплоты … потребуется для нагревания 3 кг воды в алюминиевой кастрюле массой 700г от 21 оС до кипения? 6. На сколько градусов можно нагреть 6 кг воды при сжигании 70 г каменного угля, считая, что вся теплота, полученная от сжигания угля, пойдет на нагревание воды?

1. Колесо радіусом 40 см котиться без ковзання горизонтальною поверхнею. Знайдіть шлях (вм), який воно пройде, зробивши 5 обертів. 2. Здійснюючи незат … ухаючі коливання, матеріальна точка проходить положення рівноваги 30 разів у хвилину. Обчисліть частоту коливань ТОЧКИ. 3. Дівчата зліпили сніговика, ахлопці спорудили точну його копію, але у двічі більшої висоти. Якою є маса копіі, якщо маса оригіналу становить 50 КГ) 4. у відро, що до краю наповнене водою, насипали свинцевого дробу масою 3 КГ. На скільки змінилась вага відра з його вмістом? Густина води 1 г/см, а свинцю 11.3 г/см2. g = 10 Н/кг. 5. На підлозі стоїть яшик масою 12 кг. Яку силу в горизонтальному напрямку треба до нього прикласти. Щоб зрушити з місця? Коефіцієнт тертя між ящиком та підлогою становить 0.2. 6. Яку силу треба прикласти, щоб витягти пробку з отвору на дні басейну. якщо глибина басейну 4 м, а радіус пробки становить 4 см? ПОМОГИТЕ СРОЧНО​

Срочно!! 100 баллоасколько холодной воды при температуре 20°С необходимо добавить в 200 г кипятка чтоьв получииь воду температурой 60°С​

4. Расчет электрической мощности | 2. Закон Ома | Часть1

4. Расчет электрической мощности

Расчет электрической мощности

В прошлой статье мы с вами вывели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на силу тока в «амперах», мы получаем мощность в «ваттах». Давайте применим ее к следующей схеме:  

В этой схеме есть две известные нам величины: напряжение батареи составляет 18 вольт, а сопротивление лампы — 3 ома. Используя Закон Ома мы определим третью величину — силу тока:

Теперь, зная силу тока, мы можем умножить ее значение на напряжение и получить мощность:

Это означает что лампа рассеивает 108 ватт энергии в форме сета и тепла.

Давайте в этой же схеме увеличим напряжение батареи и посмотрим что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что при увеличении напряжения и неизменном сопротивлении, сила тока в цепи также увеличится. А это значит, что увеличится и мощность:

В этой схеме напряжение батареи изменено и составляет 36 вольт вместо прежних 18. Сопротивление лампы не изменилось, и равно 3 омам. Сила тока теперь будет равна:

Давайте обсудим полученное значение. Если I=U/R, и мы удваиваем значение напряжения (U), оставляя неизменным сопротивление, то по логике вещей сила тока у нас тоже должна удвоиться. Действительно, сила тока в данной схеме имеет значение 12 ампер вместо прежних 6. А сейчас давайте вычислим мощность:

Обратите внимание, что мощность у нас также увеличилась по сравнению  с предыдущим примером, и увеличилась она значительнее, чем увеличилась сила тока. Почему так получилось? Ответ на этот вопрос прост. Мощность является функцией напряжения умноженного на силу тока, а так как обе эти величины удвоились по сравнению с предыдущими значениями, то мощность увеличилась в 2х2 или в 4 раза. Вы можете проверить эту цифру разделив 432 ватта на 108 ватт и увидев, что соотношение между ними равно 4.

Используя математику мы можем преобразовать формулу мощности применительно к тем случаям, когда нам не известно значение напряжения или силы тока:

Историческая справка: первым математическую связь между рассеиваемой мощностью и силой тока через сопротивление открыл не Георг Симон Ом, а Джеймс Прескотт Джоуль. Это открытие, опубликованное в 1841 году и содержащее формулу P=I

2R, стало известно как Закон Джоуля. Однако очень часто эти уравнения причисляются к Закону Ома.

Краткий обзор:

Закона Ома для участка цепи

В природе существует два основных вида материалов, проводящие ток и непроводящие (диэлектрики). Отличаются эти материалы наличием условий для перемещения в них электрического тока (электронов).

Из токопроводящих материалов (медь, алюминий, графит, и многие другие), делают электрические проводники, в них электроны не связаны и могут свободно перемещаться.

В диэлектриках электроны привязаны к атомам намертво, поэтому ток в них течь не может. Из них делают изоляцию для проводов, детали электроприборов.

Для того чтобы электроны начали перемещаться в проводнике (по участку цепи пошел ток), им нужно создать условия. Для этого в начале участка цепи должен быть избыток электронов, а в конце – недостаток. Для создания таких условий используют источники напряжения – аккумуляторы, батарейки, электростанции.

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 .

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.

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

Применение закона Ома на практике

На практике часто приходится определять не силу тока

I, а величину сопротивления R. Преобразовав формулу Закона Ома, можно рассчитать величину сопротивления R, зная протекающий ток I и величину напряжения U.

Величину сопротивления может понадобится рассчитать, например, при изготовлении блока нагрузок для проверки блока питания компьютера. На корпусе блока питания компьютера обычно есть табличка, в которой приведен максимальный ток нагрузки по каждому напряжению. Достаточно в поля калькулятора ввести данные величины напряжения и максимальный ток нагрузки и в результате вычисления получим величину сопротивления нагрузки для данного напряжения. Например, для напряжения +5 В при максимальной величине тока 20 А, сопротивление нагрузки составит 0,25 Ом.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где
P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается
Вт
;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

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.

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

2.2.4 Закон Ома и почему мы заботимся о сопротивлении

Устройство, известное нам как тостер, на удивление простое. Он состоит в основном из провода, по которому пропускается ток. Проволока нагревается, поджаривая хлеб. Вот и все!

а почему нагревается провод? Ответ в том, что провод имеет некоторое сопротивление. Когда ток проходит через материал с некоторым сопротивлением, материал нагревается. Это тепло в первую очередь является рассеянием некоторой части электроэнергии, проходящей через материал.Это рассеяние мощности в виде тепла называется «потерями» в электросети.

Сопротивление материала, через который проходит ток, помогает определить потери, но это не единственный фактор. Напряжение, при котором энергия проходит через материал, также имеет значение, как и величина тока.

Это соотношение четко резюмируется в законе Ома, который гласит, что напряжение равно произведению тока и сопротивления, или V = I × R.Закон Ома используется для определения величины напряжения, необходимого для перемещения заданного количества тока (I) через некоторый материал с заданным сопротивлением (R).

Между тем, вспомните наше определение мощности: P = I × V. По сути, это количество мощности, передаваемой в цепи, подобной той, что была в нашем последнем упражнении.

Мы можем включить закон Ома в наше определение мощности, чтобы получить:

P = I × V = I × (I × R) = I2 × R

Это уравнение описывает количество мощности, рассеиваемой в цепи.Он также описывает количество потерь. Таким образом, закон Ома говорит нам, что потери будут увеличиваться пропорционально квадрату тока. Таким образом, если мы сохраним постоянное напряжение и удвоим ток, потери увеличатся в четыре раза.

Чтобы понять важность этого, предположим, что мы пропускаем 1000 ампер тока через цепь с падением напряжения 100 В. Итак, у нас есть мощность 100 кВт. Потери в цепи будут пропорциональны I2 × R, или 10002 × R в этом случае.

Но, если бы нам нужно было 100 кВт мощности, мы могли бы сделать это по-другому, пропустив через цепь 100 А при напряжении 1000 В.Сопротивление в цепи не изменится, но потери в цепи теперь будут пропорциональны 100 2 × R.

Таким образом, увеличивая напряжение (и уменьшая ток) в 10 раз, мы уменьшили наши потери в 100 раз. Это объясняет причину того, что у нас есть сеть переменного тока вместо сети постоянного тока. Помните, что в технологии питания постоянного тока Эдисона напряжение на источнике должно быть близко к напряжению в точке потребления.Но с помощью технологии переменного тока, разработанной Tesla и Westinghouse, мощность может генерироваться и передаваться при очень высоких напряжениях, а затем снижаться до более низких напряжений в точке потребления. Это имело два больших преимущества: во-первых, можно было существенно снизить потери при передаче, а во-вторых, для домов и предприятий было намного безопаснее использовать электроэнергию низкого напряжения, а не высокого напряжения.

Мощность и энергия

  • Изучив этот раздел, вы должны уметь:
  • Выполните расчеты мощности, напряжения, тока и сопротивления.
  • • с использованием соответствующих единиц и подразделов.
  • Различайте мощность и энергию в электрических цепях.

Мощность резисторов

Когда через резистор протекает ток, электрическая энергия преобразуется в ТЕПЛОВУЮ энергию. Тепло, генерируемое в компонентах цепи, каждый из которых обладает хотя бы некоторым сопротивлением, рассеивается в воздухе вокруг компонентов. Скорость рассеивания тепла называется МОЩНОСТЬЮ, обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Количество рассеиваемой мощности может быть вычислено с использованием любых двух величин, используемых в расчетах по закону Ома. Помните, как и в любой формуле, в формуле должны использоваться ОСНОВНЫЕ КОЛИЧЕСТВА, то есть ВОЛЬТЫ, ОМЫ и АМПЕРЫ (не милли, мег и т. Д.).

Чтобы найти мощность P, используя V и I

Чтобы найти мощность P, используя V и R

Чтобы найти мощность P, используя I и R

Перед тем, как начать, подумайте об этих нескольких советах, они облегчат решение, если внимательно следовать им.

1. Разработайте ответы с помощью карандаша и бумаги; в противном случае легко запутаться на полпути и получить неправильный ответ.

2. Конечно, ответ — это не просто число, это будет определенное количество ватт (или несколько или несколько единиц ватт). Не забудьте указать правильную единицу измерения (например, Вт или мВт и т. Д.), А также число, иначе ответ не имеет смысла.

3. Преобразуйте все вспомогательные единицы, такие как мВ или кОм, в ватты, указав их в соответствующей формуле.Ошибка здесь даст действительно глупые ответы, в тысячи раз слишком большие или слишком маленькие.

4. Хотя структура этих формул мощности кажется очень похожей на формулы закона Ома, есть небольшое различие — они содержат некоторые элементы в квадрате (I 2 и V 2 ). Будьте очень осторожны при использовании трюка с треугольником для транспонирования этих формул. Если вам нужно связать мощность с сопротивлением, то I или V необходимо возвести в квадрат (умножить на себя). Однако вы можете построить треугольник, который соответствует любой из формул для получения R, как показано ниже.

Не забудьте загрузить нашу брошюру «Подсказки по математике», в которой показано, как использовать калькулятор с показателями степени и инженерной нотацией, чтобы иметь дело с этими частями и каждый раз получать правильный ответ.

Нет научного калькулятора? Буклет «Подсказки по математике» объясняет, что вам нужно (и что вам не нужно, чтобы не тратить деньги без надобности). Если вы не хотите покупать научный калькулятор, вы всегда можете получить его бесплатно в сети.Пользователи ПК могут попробовать Calc98 на сайте www.calculator.org/download.html. Какой бы калькулятор вы ни выбрали, прочтите инструкции, чтобы ознакомиться с методами работы, которые вам следует использовать, поскольку они варьируются от калькулятора к калькулятору.

Важно знать о влиянии рассеивания мощности в компонентах: чем больше мощность, тем больше тепла должно рассеиваться компонентом. Обычно это означает, что компоненты, рассеивающие большое количество энергии, нагреваются, а также они будут значительно больше по размеру, чем типы с низким энергопотреблением.Если компоненту требуется рассеивать больше энергии, чем он предназначен, он не сможет достаточно быстро избавиться от выделяемого тепла. Его температура повысится, и перегрев может вызвать полный отказ компонента и, возможно, повреждение других компонентов и самой печатной платы (PCB). В качестве меры предосторожности резисторы большой мощности часто устанавливают вне печатной платы с помощью более длинных выводных проводов, заключенных в керамические гильзы. Резисторы с проволочной обмоткой большой мощности могут даже быть заключены в металлический радиатор и прикреплены болтами к большой металлической поверхности, такой как корпус оборудования, чтобы избавиться от нежелательного тепла.Примеры резисторов большой мощности показаны на странице конструкции резистора.

Компоненты, такие как резисторы, имеют определенную номинальную мощность, указанную производителем (в ваттах или милливаттах). Этот рейтинг (параметр) необходимо проверять при замене компонента, чтобы не произошло завышения рейтинга. Это важный фактор безопасности при обслуживании электронного оборудования.

TIP

Тепло, выделяемое резисторами большой мощности, является основной причиной преждевременного выхода из строя многих цепей.Либо сам резистор выходит из строя из-за «разомкнутой цепи», особенно в резисторах с проволочной обмоткой. В резисторах из углеродного состава длительный перегрев может привести к изменению значения. Это может увеличиваться в типах с высоким сопротивлением или более опасно уменьшаться (позволяя увеличить ток) в типах с низким сопротивлением. Увеличение тока, вызванное этим уменьшением сопротивления, только ускоряет процесс, и в конечном итоге резистор (а иногда и другие связанные компоненты) сгорает!

Энергия в резисторах

Если определенное количество мощности рассеивается в течение заданного времени, то рассеивается ЭНЕРГИЯ.Энергия (мощность x время) измеряется в Джоулях, и, включив время (t) в формулы мощности, можно рассчитать энергию, рассеиваемую компонентом или схемой.

Рассеиваемая энергия = Pt или VIt или V 2 t / R или даже I 2 Rt Джоулей

Обратите внимание, что в формулах для энергии такие величины, как мощность, время, сопротивление, ток и напряжение, должны быть преобразованы в их основные единицы, например Ватты, секунды, Ом, Амперы, Вольт и т. Д.Никаких дополнительных единиц или нескольких единиц! Как описано в буклете «Советы по математике».

Все вышеперечисленные единицы являются частью интегрированной системы международно стандартизированных единиц; Система S.I. (Système International d´Unités). Эта система устанавливает основные единицы для любых электрических, механических и физических свойств и их отношения друг к другу. Он также включает стандартную форму кратных и долей кратных, описанную в буклете «Подсказки по математике».

Закон

Ома

Закон Ома гласит, что

«ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов или напряжению между двумя точками, и обратно пропорционален сопротивлению между ними».

Закон Ома может быть выражен как

I = U / R (1)

где

I = ток (ампер, А)

U = электрический потенциал (вольт, В)

R = сопротивление (Ом, Ом )

Пример — закон Ома

A 12-вольтная батарея подает питание на сопротивление 18 Ом . Ток в электрической цепи можно рассчитать как

I = (12 вольт) / (18 Ом)

= 0.67 ампер

Эквивалентные выражения закона Ома

Закон Ома (1) также может быть выражен как

U = RI (2)

или

I (3)

Скачайте и распечатайте диаграмму закона Ома!

Пример — сопротивление электрической цепи

Ток 1 ампер протекает через электрическую цепь 230 В .На приведенной выше диаграмме это означает сопротивление

R ≈ 220 Ом

Его можно также вычислить по закону Ома

R = (230 В) / (1 А)

= 230 Ом

Пример — Закон Ома и кратные и подмножители

Токи, напряжения и сопротивления в электрических цепях часто могут быть очень маленькими или очень большими, поэтому часто используются кратные и подкратные.

Требуемое напряжение, подаваемое на 3.Резистор 3 кОм для создания тока 20 мА можно рассчитать как

U = (3,3 кОм) (1000 Ом / кОм) (20 мА) (10 -3 А / мА)

= 66 В

Номограмма электрического сопротивления

Загрузите и распечатайте номограмму зависимости электрического сопротивления от вольт и ампер!

Значения по умолчанию на номограмме выше: 230 вольт , сопротивление 24 Ом и ток 10 ампер .

Мощность

Электрическая мощность может быть выражена как

P = UI

= RI 2

= U 2 / R (4)

где 14

P = электрическая мощность (Вт, Вт)

Пример — потребляемая мощность

Мощность, потребляемая в указанной выше электрической цепи 12 В , может быть рассчитана как

P = (12 вольт) 2 / ( 18 Ом)

= 8 Вт

Пример — мощность и электрическое сопротивление

Электрическая лампочка 100 Вт подключена к источнику питания 230 В. .Текущий ток можно рассчитать путем преобразования (4) в

I = P / U

= (100 Вт) / (230 В)

= 0,43 ампера

Сопротивление может быть вычислено путем реорганизации (4) в

R = U 2 / P

= (230 В) 2 / (100 Вт)

= 529 Ом

Номограмма электрической мощности

Эта номограмма может использоваться для оценки зависимости мощности отнапряжение и ампер.

Загрузите и распечатайте номограмму зависимости электрической мощности от вольт и ампер!

Значения по умолчанию на номограмме выше: 240 вольт, , сопротивление 10 ампер и мощность 2,4 кВт, для постоянного или однофазного переменного тока и 4 кВт, для трехфазного переменного тока.

Знать связь между мощностью и сопротивлением

Чтобы представить себе соотношение мощности и сопротивления, подумайте об источнике постоянного напряжения или батарее. {2}} {R} \].{2} R \]

Где I — электрический ток, измеренный в Амперах или А.

Что такое мощность?

Мы определяем мощность как способность тела выполнять работу за единицу времени. Например, человек A выполняет 30 Дж работы за 2 часа, а другой человек B выполняет такой же объем работы за 3 часа, поэтому здесь, если мы воспользуемся следующей формулой:

Мощность = Работа / время

Случай 1: 30 / 2 = 15 Вт

Случай 2: 30/2 = 10 Вт

Мы видим, что мощность человека A больше, чем мощность человека B.Таким образом, мощность A больше, чем мощность B.

Однако с точки зрения электричества мощность определяется как произведение тока и напряжения.

P = VI

Где

В — разность потенциалов, измеряемая в вольтах.

I измеряется в амперах.

Что такое сопротивление?

При движении на высокой скорости мы должны замедлить нашу машину на некотором расстоянии до ограничителей скорости, иначе наша машина будет прыгать с большим рывком.Итак, здесь наш высокоскоростной автомобиль — это максимальный ток, протекающий по цепи (дороге), а выключатель скорости — это сопротивление, позволяющее избежать аварий или коротких замыканий в наших домах.

Итак, сопротивление — это препятствие, подключенное к цепи, чтобы избежать перелива заряда через цепь. Он измеряется в Ом, где мы обозначаем его омегой или Ом.

Формула мощности и сопротивления

Мы заметили, что приведенные выше формулы описывают соотношение между мощностью и сопротивлением.{2} R \]

Здесь мы можем видеть, что электрическая мощность прямо пропорциональна сопротивлению при поддержании постоянного I.

Отсюда мы делаем следующие выводы:

  • При увеличении мощности сопротивление также увеличивается, при этом ток I остается постоянным.

  • Однако, когда сопротивление в цепи уменьшается, мощность в цепи также уменьшается, при этом ток I остается постоянным. {2}} {R} \]

    Отсюда мы видим, что мощность P обратно пропорциональна сопротивлению R .

    Отсюда мы можем сделать следующие выводы:

    Для любой постоянной разницы потенциалов

    • Когда мощность в цепи высокая, сопротивление будет меньше.

    • Однако, если мощность низкая, сопротивление будет высоким.

    Формула сопротивления мощности

    Вывод формулы мощности и сопротивления поможет нам понять концепцию связи мощности и сопротивления.

    В физике мощность и сопротивление можно связать с помощью двух формул, которые мы подробно обсудим в этой статье.

    Мы знаем, что электрическая мощность или P — это мера электрического тока I с q кулонами заряда, проходящими через разность потенциалов V (в вольтах) за время t секунд. Математически мы можем выразить это утверждение как:

    P = Vq / t = VI… . {2}} {R} \]

    Из приведенных выше выводов мы получили следующий вывод:

    Мощность и сопротивление в электронике

    В электронике мы определяем мощность как скорость выполнения работы.Итак, какие работы ведутся в области электроники? Это обычная повседневная работа или что-то еще? Опишем это простым утверждением:

    Мы определяем сопротивление как сопротивление потоку электронов в цепи. Это означает, что чем больше препятствие, тем больше работы выполняется в единицу времени, чтобы заставить их течь, т.е. тем больше энергии требуется, чтобы сделать их легким течением.

    Из приведенного выше утверждения мы не можем отрицать тот факт, что соотношение между мощностью и сопротивлением пропорционально.

    Закон Ома с калькулятором

    Закон Ома

    Есть 2 основные формулы, которые помогут вам понять взаимосвязь между током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Если у вас есть какие-либо два параметра, вы можете рассчитать два других параметра.

    ЗАКОН ОМА
    БАЗОВЫЕ ФОРМУЛЫ P = I * E E = I * R
    НАЙТИ НАПРЯЖЕНИЕ E = P / I E = I * R E = SQR (P * R)
    НАЙТИ ТЕКУЩИЙ I = P / E I = E / R I = SQR (P / R)
    НАЙТИ ВЛАСТЬ P = I * E P = E 2 P = I 2
    НАЙТИ СОПРОТИВЛЕНИЕ R = E 2 R = E / I R = P / I 2
    P = мощность в ваттах
    E = электродвижущая сила в вольтах
    I = электрический ток в амперах
    R = электрическое сопротивление в омах
    SQR = квадратный корень

    Примечание:
    Я использую букву «E» для обозначения напряжения большую часть времени, но иногда вы увидите, что для обозначения напряжения используется буква «V».Не позволяйте этому сбивать вас с толку.

    Краткий курс повышения квалификации

    Изменение сопротивления:
    На следующей диаграмме вы можете видеть, что единственная разница между диаграммами слева и диаграммами справа — это сопротивление в каждой «системе». Сопротивление в кране соответствует величине открытия клапана. В проводе сопротивление равно размеру отверстия * в отрезке провода. Вы можете видеть, что напряжение / давление одинаковы как для левого, так и для правого примеров.Что вы должны отметить на этой диаграмме, так это … При прочих равных, если есть увеличение сопротивления, ток будет уменьшаться. Вы можете видеть, что ток в крайнем правом проводе составляет половину тока в крайнем левом проводе. Это потому, что крайний правый провод имеет половину площади, через которую проходят электроны.

    * Обратите внимание, что размер «отверстия» аналогичен сопротивлению. В реальном куске провода нет физических ограничений.

    С помощью формулы:
    I = E / R
    Вы можете видеть, что ток обратно пропорционален сопротивлению в цепи.

    Больше сопротивления = меньше тока

    А для тех, кто более графичен …


    Изменение напряжения:
    На следующей диаграмме вы можете видеть, что сопротивление во всех системах одинаковое. На этот раз мы изменили напряжение / давление. Вы можете видеть, что повышенное напряжение вызывает увеличение тока, даже если сопротивление в левой и правой системах одинаково.

    С помощью формулы:
    I = E / R
    Вы можете видеть, что ток прямо пропорционален напряжению, приложенному к сопротивлению.

    Больше напряжения = больше тока
    Что ж, теперь, когда это до смерти объяснили, перейдем к математике!

    Математический пример:
    В следующем примере мы знаем, что у нас есть 12 вольт, приложенных к резистору 10 Ом. Если вы хотите узнать, сколько мощности рассеивается на резисторе 10 Ом, используйте формулу:


    P = E 2 / R
    P = 12 2 /10
    P = 144/10.
    P = 14,4 Вт
    Рассеиваемая мощность на резисторе 14.4 Вт.

    Если вы хотите узнать, какой ток протекает через резистор, вы должны использовать формулу:


    I = E / R
    I = 12/10
    I = 1,2 ампер
    Ток через резистор 1,2 ампера.


    Если вам нужно больше примеров, страница с резисторами приносит больше удовольствия, чем бочка с обезьянами.


    Если вы хотите попробовать несколько самостоятельно, приведенные ниже калькуляторы позволят вам проверить свои математические данные.

    Найти: рассеиваемая мощность и ток в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.


    Важное примечание о демонстрациях Flash / графике на этом сайте … Власти посчитали, что Flash-контент на веб-страницах слишком опасен для использования обычным пользователем Интернета, и вскоре вся его поддержка будет устранено (большая часть доступа к Flash была прекращена 1-1-2021). Это означает, что ни один современный браузер по умолчанию не отображает ни одной из этих демонстраций. На данный момент исправление заключается в загрузке расширения Ruffle для вашего браузера. Веб-сайт Ruffle. Напишите мне, пожалуйста, (babin_perry @ yahoo.com), чтобы сообщить мне, подходит ли вам Ruffle и какой браузер вы используете.

    Альтернативой Ruffle является другой браузер Maxthon 4.9.5.1000. Для получения дополнительных сведений о проблеме с Flash и Maxthon (стандартном и переносном) щелкните ЗДЕСЬ.

    Георг Симон Ом:
    Георг Симон Ом был немецким физиком, который жил с 1789 по 1854 год. Он обнаружил взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в проводнике с постоянной температурой (постоянная температура важна, потому что сопротивление изменяется с температурой, а закон Ома не действует). не занимаюсь изменением температуры / сопротивления).Он обнаружил, что при постоянном сопротивлении напряжение и ток прямо пропорциональны (как мы показали на графике выше). Это соотношение может быть выражено как V = IR, где V — напряжение, приложенное к сопротивлению, I — ток, протекающий через сопротивление, а R — сопротивление в омах.

    Джеймс Ватт:
    Джеймс Ватт был шотландским изобретателем, который жил с 1736 по 1819 год. Единица измерения мощности — ватт — была названа в его честь.

    Джеймс Прескотт Джоуль:
    Джеймс Прескотт Джоуль был английским физиком, который жил с 1818 по 1889 год.Он обнаружил взаимосвязь между мощностью, рассеиваемой в резисторе, и током, протекающим через резистор. Это соотношение может быть представлено формулой P = I ² R, где P — рассеиваемая мощность в ваттах, I — ток в амперах, R — сопротивление в омах. Ому обычно приписывают формулы, которые выражают взаимосвязь между мощностью, током, сопротивлением и напряжением, но, вероятно, следует отдать должное Джоулям.

    «Джоуль» как единица измерения:
    «Джоуль» представляет количество энергии, используемой, когда 1 ватт рассеивается в течение 1 секунды (или 1 ватт-секунды).

    Как работают резисторы — Пиример сопротивления в электронике

    СОПРОТИВЛЕНИЕ

    Сопротивление — это одна из трех основных величин в электрических или электронных цепях:

    Ток — это поток электронов по цепи. Это главное количество, потому что оно действительно работает и дает желаемые результаты. Измеряем ток в Амперах. (См. «ЕДИНИЦЫ»)

    Напряжение — это сила, которая заставляет ток течь в цепи. Фактически, мы иногда называем напряжение «электродвижущей силой» или «ЭДС».»Мы измеряем его в вольтах.

    Сопротивление контролирует прохождение тока. Мы измеряем его в Ом.

    Эти три величины настолько важны для электрических и электронных схем, что их связывает простое уравнение, называемое законом Ома. Закон Ома гласит, что ток, протекающий в цепи, пропорционален напряжению, приложенному к цепи, и обратно пропорционален сопротивлению цепи. Другими словами, для данного напряжения ток в цепи будет уменьшаться с увеличением сопротивления.

    Математически закон Ома: I = E / R, или ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Это простое уравнение можно преобразовать, чтобы найти напряжение или сопротивление с учетом двух других величин. (Например, если вы знаете напряжение и ток в цепи, вы можете рассчитать сопротивление цепи, разделив напряжение на ток.) ​​

    Закон Ома действительно фундаментален. Здесь начинается разработка всех электрических или электронных схем!

    ПРОВОДНИКИ И ИЗОЛЯТОРЫ

    Все материалы являются либо проводниками, либо изоляторами; материал либо проводит электрический ток, либо препятствует его течению.

    Не все проводники одинаково способны поддерживать ток. Медь — лучший проводник, чем никель. Серебро — лучший проводник, чем медь. Золото — лучший проводник, чем Серебро. Углерод — плохой проводник.

    Точно так же не идеальны изоляторы. В сухом виде дерево является изолятором, но во влажном состоянии становится проводником. Лучшие изоляторы — это стекло и керамика. Пластмассы, такие как эпоксидная смола, обычно являются хорошими изоляторами.

    Есть также материалы, которые не являются ни проводниками, ни изоляторами.Их называют «полупроводниками», они используются для изготовления транзисторов. Мы не будем здесь обсуждать транзисторы, но интересно, что на самом деле это только резисторы, которыми могут управлять электронные схемы. Это еще раз показывает, что закон Ома имеет фундаментальное значение для проектирования схем.

    РЕЗИСТОРЫ

    Есть несколько способов изготовления резисторов для электрических или электронных схем. Углеродные резисторы изготавливаются путем присоединения выводов к стержню или стержню из углеродного материала. Материал обычно изготавливается путем суспендирования углеродных частиц в пластическом материале.Материал «смесь определяет стойкость».

    Угольные резисторы

    имеют серьезные ограничения. Они не могут рассеивать большую мощность, и их сложно изготовить с небольшими допусками по сопротивлению. Однако автоматизированное производство производит их в больших количествах, поэтому их стоимость невысока.

    Некоторые резисторы изготавливаются из металлических пленок или оксидов. Эти резисторы имеют небольшие размеры и могут изготавливаться с хорошими допусками. Но они не могут справиться с более высокими уровнями мощности. Другой тип пленочного резистора изготавливается из токопроводящих чернил.Они недороги, но нестабильны, имеют ограниченное рассеивание мощности и плохие допуски по сопротивлению.

    Резисторы с проволочной обмоткой изготавливаются путем наматывания отрезка провода на изолирующий сердечник. Они могут рассеивать большие уровни мощности по сравнению с другими типами и могут быть изготовлены с очень жесткими допусками по сопротивлению и контролируемыми температурными характеристиками.

    Его длина, площадь поперечного сечения и материал определяют сопротивление провода. Медь — хороший проводник, но имеет некоторое сопротивление (току.) Медный провод небольшого диаметра, длиной 100 футов, может иметь сопротивление в несколько Ом. Однако проволока из никелевого сплава небольшого диаметра длиной всего один фут может иметь сопротивление в несколько тысяч Ом.

    Riedon производит резисторы с проволочной обмоткой, используя проволоку из нескольких металлических сплавов и размеров. Выбор проволоки зависит от нескольких факторов. Например, для конструкции с высоким сопротивлением потребуется длинный медный провод и большой резистор. Тот же резистор может быть изготовлен из проволоки из никелевого сплава короткой длины, в результате чего устройство будет намного меньше.Однако, когда требуется высокоточный резистор, легче подрезать сопротивление, удалив несколько дюймов провода с низким сопротивлением, чем обрезав миллиметры провода с высоким сопротивлением.

    МОЩНОСТЬ

    Мы измеряем электрическую мощность в ваттах. В резистивной цепи мощность рассчитывается путем возведения тока в квадрат и умножения этого значения на сопротивление. (P = IxR) Резисторы с проволочной обмоткой превосходно подходят для приложений с более высокой номинальной мощностью.

    Поскольку резисторы препятствуют прохождению тока, они выделяют тепло.Если резистор работает в пределах своей номинальной мощности, тепло безвредно рассеивается в окружающую среду. Но если мы превысим номинальную мощность, резистор не сможет рассеять избыточное тепло, и его температура повысится. Резистор выйдет из строя, обычно действуя как предохранитель и размыкая цепь. Если резистор используется в среде с высокой температурой, его номинальная мощность должна быть снижена или «понижена».

    КОЭФФИЦИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ

    В резисторах с проволочной обмоткой другим фактором выбора является температурная характеристика проволоки.

    Сопротивление всех материалов изменяется при изменении их температуры. При понижении температуры сопротивление (обычно) снижается. Фактически, при достаточном охлаждении материал становится «сверхпроводником» без значительного сопротивления. Повышение температуры (обычно) увеличивает сопротивление.

    Температурный коэффициент сопротивления (TCR) провода или резистора связывает изменение сопротивления с изменением температуры. Обычно это выражается в «миллионных долях на градус Цельсия» (TCR = ppm / ° C.Таким образом, температурный коэффициент сопротивления показывает, насколько изменится сопротивление (ppm), если температура изменится на один градус Цельсия. (Иногда мы измеряем температуру в градусах по Фаренгейту. Но сегодня градусы по Цельсию более распространены и приемлемы.)

    Специальные сплавы для проволоки имеют особые температурные коэффициенты. Например, «Evenohm» (торговое название проволочного сплава с низким TCR) сформулировано так, чтобы иметь небольшой TCR от 5 до 10 ppm / ° C. Чистый никель имеет гораздо больший TCR, равный 6700 ppm / ° C.Медь имеет TCR 3900 ppm / ° C. Эти и другие сплавы позволяют нам «адаптировать» резистор к желаемым характеристикам в приложениях, где меняются температуры.

    В качестве практического примера, резистор с сопротивлением 1000 Ом, сделанный из чистой никелевой проволоки, будет иметь новое сопротивление 1670 Ом, если мы увеличим его температуру с 20 ° C до 120 ° C. В том же приложении резистор, сделанный из провода Evenohm, увеличился бы только до 1001 Ом.

    ИНДУКТИВНОСТЬ

    Есть еще одна величина, похожая на сопротивление.Это называется реактивным сопротивлением. Как и сопротивление, мы измеряем реактивное сопротивление в омах, и это соответствует правилу закона Ома.

    Реактивность возникает в электрических или электронных цепях, только если ток быстро меняется. Обычно это важно в цепях «переменного тока» (AC), где ток периодически меняет направление и амплитуду с некоторой скоростью, называемой «частотой». Однако реактивного сопротивления не существует в цепях «постоянного тока» (DC), где ток течет в одном направлении и его амплитуда не меняется быстро.

    Реактивность возникает из-за того, что все элементы схемы имеют «индуктивность» и «емкость». В цепях переменного тока емкость резисторов с проволочной обмоткой редко бывает достаточно большой, чтобы ее можно было принять во внимание, поэтому мы проигнорируем ее в этом обсуждении. Однако индуктивность резисторов с проволочной обмоткой может быть критической!

    Все проводники имеют некоторую индуктивность. Когда проводник скручен в спираль, как это обычно бывает в резисторах с проволочной обмоткой, эта индуктивность становится больше. В цепях переменного тока индуктивность вызывает «индуктивное реактивное сопротивление».»Индуктивное реактивное сопротивление и сопротивление складываются, увеличивая номинал резистора.

    Индуктивное реактивное сопротивление увеличивается с увеличением частоты переменного тока. Например, у резистора может быть достаточно индуктивности, чтобы создать 1 Ом реактивного сопротивления на частоте 60 Гц (циклов в секунду). Если мы увеличим частоту до 6000 Гц (звуковая частота), реактивное сопротивление увеличится до 100 Ом. Увеличение частоты до 6 000 000 Гц (радиочастота) увеличивает реактивное сопротивление резистора до 10 000 Ом.

    Очевидно, что индуктивность резисторов с проволочной обмоткой может быть значительной в цепях переменного тока! Когда реактивное сопротивление играет важную роль в цепях переменного тока, Riedon может намотать провод особым образом, чтобы устранить или уменьшить индуктивность резистора.

    ЕДИНИЦ:

    Амперы: («Амперы») Вольт:
    миллиампер = 1/1000 ампер, милливольт = 1/1000 вольт
    микроампер = 1/1000000 ампер, микровольт = 1/1000000 вольт

    Ом:

    кОм («кОм») = 1000 Ом
    МОм = 1000000 Ом

    Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

    Сопротивление

    Сопротивление относится к свойству вещества, которое препятствует прохождению электрического тока.Некоторые вещества сопротивляются току больше, чем другие. Если вещество обладает очень высоким сопротивлением току, оно называется изолятором. Если его сопротивление току очень низкое, его называют проводником. Сопротивление относится к способности веществ сопротивляться току. Хорошие проводники имеют низкое сопротивление, а изоляторы — высокое.

    Сопротивление на молекулярном уровне

    Сопротивление току возникает на молекулярном уровне веществ.Например, металлический проводник, такой как медь, состоит из атомов, имеющих свободные электроны в самых внешних оболочках. Эти свободные электроны обычно беспорядочно перемещаются от одного атома к другому. Однако, если к проводнику приложена разность потенциалов, также называемая напряжением, например, в случае с батареей, свободные электроны перетекают от отрицательного полюса к положительному полюсу батареи. Электрический ток относится к скорости потока электрического заряда, который заставляет течь свободные электроны.

    Когда электроны движутся по проводнику, некоторые из них сталкиваются с атомами, другие электронами или примесями в металле.Именно эти столкновения вызывают сопротивление. Молекулярный состав вещества определяет количество столкновений или величину сопротивления электронному потоку. Поскольку молекулярный состав меди обеспечивает чрезвычайно низкое удельное сопротивление, ее часто используют в качестве проводника в электрических цепях.

    Когда электроны сталкиваются с атомами и другими частицами, энергия, создаваемая приложенным напряжением, преобразуется в тепло. Мы используем энергию, генерируемую сопротивлением в нагревательных элементах тостеров, ламп накаливания и обогревателей.

    Наблюдайте за сопротивлением на молекулярном уровне с помощью нашего интерактивного учебного пособия по Java Resistance.

    Интерактивное учебное пособие по Java
    Закон Ома

    Георг Симон Ом (1789-1854), немецкий физик, сформулировал взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в так называемом законе Ома:

    Ток в цепи прямо пропорционален приложенной разности потенциалов и обратно пропорционален сопротивлению цепи.

    Международная стандартная (СИ) единица сопротивления — ом, обозначаемый греческой буквой W . Один ом сопротивления равен сопротивлению цепи, в которой разность потенциалов в один вольт создает ток в один ампер.

    Математически закон Ома записывается как:

    I = E / R

    , где I — ток в амперах, E — приложенное напряжение (разность потенциалов) в вольтах, а R — сопротивление в омах.

    Следовательно, напряжение можно рассчитать по формуле:

    E = I * R

    Сопротивление можно рассчитать по формуле:

    R = E / I

    Важно отметить, что регулировка напряжения или тока не может изменить сопротивление. Сопротивление в цепи является физической константой и может быть изменено только путем замены компонентов, замены резисторов на резисторы, рассчитанные на большее или меньшее сопротивление, или путем регулировки переменных резисторов.

    Вот вспомогательное средство для запоминания этих формул:

    Закройте значение, которое вы хотите решить, и уравнение останется.

    Узнайте о взаимосвязи между током, напряжением и сопротивлением с помощью нашего интерактивного учебного пособия по закону Ома для Java.

    Интерактивное учебное пособие по Java
    Резисторы

    Большая часть сопротивления в цепях находится в компонентах, которые выполняют определенную работу, таких как лампочки или нагревательные элементы, а также в устройствах, называемых резисторами.Резисторы — это устройства, которые обеспечивают точное количество противодействия или сопротивления току. Резисторы очень распространены в электрических цепях. Они используются для обеспечения удельного сопротивления для ограничения тока и управления напряжением в цепи.

    Типы резисторов Резисторы

    бывают разных номиналов и типов. Самый распространенный тип — постоянный резистор. Постоянные резисторы имеют единичные значения сопротивления, которые остаются постоянными. Существуют также переменные резисторы, которые можно регулировать, чтобы изменять или изменять величину сопротивления в цепи.

    Значение сопротивления резисторов указано в омах. Резисторы могут иметь номиналы от менее одного Ом до многих миллионов Ом.

    Постоянные резисторы

    Самый распространенный постоянный резистор — составного типа. Элемент сопротивления изготовлен из графита или другой формы углерода и сплавов. Эти резисторы обычно имеют значения сопротивления от 0,1 Вт до 22 МВт.

    Другой вид постоянного резистора — это проволочный резистор.Элемент сопротивления обычно изготавливается из хромоникелевой проволоки, намотанной на керамический стержень. Эти резисторы обычно имеют значения сопротивления от 1 Вт до 100 кВт.

    Переменные резисторы

    Переменные резисторы используются для регулировки сопротивления в цепи. Переменный резистор состоит из рычага скользящего контакта, который контактирует с неподвижным резистивным элементом. Когда скользящий рычаг перемещается по элементу, точка его контакта с элементом изменяется, эффективно изменяя длину элемента.Номинал переменного резистора — это его максимальное сопротивление.

    Переменные резисторы также называют реостатами или потенциометрами. Элементы сопротивления реостатов обычно намотаны проволокой. Чаще всего они используются для управления очень высокими токами, например, в двигателях и лампах. Потенциометры обычно имеют композиционные элементы. Они используются в качестве устройств управления в радиоприемниках, усилителях, телевизорах и электрических приборах.

    Допуски номинальных значений

    Фактическое сопротивление резистора может быть больше или меньше указанного номинала.Возможный диапазон отклонения от указанного рейтинга называется его допуском. Общие допуски для составных резисторов составляют ± 5, ± 10 и ± 20 процентов. Резисторы с проволочной обмоткой обычно имеют допуск ± 5 процентов.

    Номинал резистора Цветовой код Составные резисторы

    имеют цветовую маркировку для обозначения значений сопротивления или номинальных значений. Цветовой код состоит из различных цветных полос, которые указывают значения сопротивления резисторов в омах, а также рейтинг допуска.Приведенная ниже таблица цветовых кодов номиналов резисторов используется для определения номинального сопротивления резисторов.

    Цвет 1-я полоса 2-я группа 3-й диапазон 4-я группа
    Черный 0 0 1 1
    Коричневый 1 1 10
    Красный 2 2 100
    Оранжевый 3 3 1,000
    Желтый 4 4 10 000
    Зеленый 5 5 100 000
    Синий 6 6 1000000
    Фиолетовый 7 7 10 000 000
    Серый 8 8 100 000 000
    Белый 9 9 1000000000
    Золото 0.1 5%
    Серебро 0,01 10%
    Нет 20%

    Номинал резистора Таблица цветовых кодов

    Составные резисторы обычно имеют четыре цветных полосы.Цветовой код читается следующим образом:

    • Сначала найдите числовые значения первых двух полос в таблице и объедините два числа.
    • Затем умножьте это двузначное число на значение 3-го диапазона, диапазона множителя.
    • Полученное число — это значение сопротивления резистора в Ом.
    • Четвертая полоса — это полоса допуска. Если 4-я полоса золотая, резистор гарантированно находится в пределах 5% от номинального значения.Если 4-я полоса серебряная, то гарантированно будет в пределах 10%. Если нет 4-й полосы, резистор гарантированно находится в пределах 20% от номинального значения.

    Например, цветовой код вышеуказанного резистора на Рисунке 2 читается следующим образом:

    • 1-я полоса коричневая. Первая полоса всегда ближайшая к концу резистора. Из таблицы видно, что числовое значение коричневого цвета в столбце 1-й полосы равно 1.
    • 2-я полоса черная. Числовое значение черного во 2-м столбце полосы — 0.
    • Объединение двух чисел дает 10.
    • 3-я полоса красная. Это полоса множителя. Значение множителя красного равно 100.
    • Умножение общей цифры 10 на множитель дает 1000.

    Следовательно, указанный выше резистор рассчитан на 1000 Ом, что можно записать как 1 кВт. Четвертая полоса сопротивления, или полоса допуска, серебряная.Следовательно, резистор гарантированно имеет значение сопротивления в пределах 10% от 1 кВт.

    Узнайте, как резисторы имеют цветовую маркировку, и понаблюдайте за влиянием сопротивления на ток в нашем интерактивном руководстве по Java для резисторов .

    Интерактивное учебное пособие по Java
    Резисторы в последовательной цепи

    Последовательная цепь — это цепь, в которой ток имеет только один путь.В последовательной цепи весь ток проходит через каждый из компонентов в цепи. Схема ниже на рисунке 3 имеет три последовательных резистора. Ток от батареи течет через каждый из резисторов.

    Поскольку ток проходит через каждый резистор в цепи, общее сопротивление, с которым сталкивается ток, является накопительным. Такое же сопротивление будет в цепи с одним резистором, равным сумме трех резисторов.Такое сопротивление называется эквивалентным или полным сопротивлением цепи. Эквивалентное сопротивление последовательной цепи — это сумма всех сопротивлений в цепи. Поэтому для расчета общего сопротивления последовательной цепи используйте следующую формулу:

    R T = R 1 + R 2 + R 3 . . .

    , где R T — полное или эквивалентное сопротивление в цепи, а от R 1 до R 3 .. . — это номинальные значения сопротивления отдельных резисторов или компонентов в цепи.

    Используя эту формулу, общее или эквивалентное сопротивление последовательной цепи на Рисунке 3 можно рассчитать следующим образом:

    R T = 2,5 + 1 + 3

    R T = 6,5 k W

    Резисторы в параллельных цепях

    Параллельная цепь — это цепь, в которой компоненты расположены так, что путь для тока разделен.Схема ниже на рисунке 4 имеет три резистора, включенных параллельно.

    Параллельная установка резисторов всегда снижает общее или эквивалентное сопротивление цепи. Это верно, потому что параллельное соединение резисторов эквивалентно их размещению рядом, увеличивая общую площадь, доступную для протекания тока, и тем самым уменьшая сопротивление. Чтобы рассчитать полное сопротивление параллельной цепи, используйте следующую формулу:

    R T = 1 ÷ (1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 .. .)

    , где R T — полное сопротивление в цепи, а от R 1 до R 3 . . . — это номинальные значения сопротивления отдельных резисторов или компонентов в цепи.

    Используя эту формулу, общее или эквивалентное сопротивление вышеуказанной параллельной цепи можно рассчитать следующим образом:

    R T = 1 ÷ (1/1 + 1 / 2.5 + 1/3)

    R T = 1 ÷ (1 + 0.4 + 0,33)

    R T = 1 ÷ 1,73

    R T = 0,58 k W

    Резисторы в сложных схемах

    Цепи часто состоят из комбинаций последовательных и параллельных цепей. Эти схемы называются составными схемами. Схема на Рисунке 5 ниже представляет собой составную схему.

    Чтобы рассчитать полное сопротивление составной цепи, сначала изолируйте и упростите все ветви схемы до их эквивалентных сопротивлений.Следующие шаги полезны:

    1. Рассчитайте эквивалентные сопротивления резисторов, включенных параллельно.
    2. Рассчитайте эквивалентные сопротивления последовательно включенных резисторов.
    3. При необходимости повторяя шаги 1 и 2, схему можно упростить до эквивалентной последовательной схемы.
    4. Просто сложите эквивалентные сопротивления упрощенной эквивалентной последовательной цепи, чтобы найти полное сопротивление составной цепи.

    Используя эти шаги, общее или эквивалентное сопротивление вышеуказанной параллельной цепи можно рассчитать следующим образом:

    Сначала рассчитайте эквивалентное сопротивление двух резисторов, включенных параллельно:

    R T = 1 ÷ (1/2 + 1/4)

    R T = 1 ÷ (0,50 + 0,25)

    R T = 1 ÷ 0,75

    R T = 1.33 к Вт

    На этом этапе схема была упрощена до эквивалентной последовательной цепи, состоящей из эквивалентного сопротивления 1,33 кВт и сопротивления 3 кВт. Следовательно, полное сопротивление составной цепи можно рассчитать следующим образом:

    R T = 1,33 + 3

    R T = 4,33 k W

    Электроэнергия и резисторы

    Несмотря на то, что электроны очень маленькие, для их перемещения по проводнику требуется энергия.Энергия, доступная для перемещения электронов, называется разностью потенциалов или напряжением. Напряжение чаще всего обеспечивается аккумулятором или генератором. Напряжение представляет собой работу по передаче электрического заряда от одной точки к другой. Чем выше напряжение, тем больше энергии переносит ток и тем больше работы он может выполнять.

    В электрических приложениях напряжение часто преобразуется в другие формы энергии для выполнения работы, например, нагревание, освещение или движение. Как отмечалось ранее, мы часто используем сопротивление для преобразования электрической энергии в тепло или свет.

    Скорость, с которой электричество работает или дает энергию, называется электрической мощностью. Единица измерения электрической мощности — ватт. Один ватт мощности доставляется, когда ток в один ампер протекает через цепь с напряжением в один вольт. Электрическую мощность можно рассчитать по следующей формуле:

    P = I * E

    , где P — мощность в ваттах, I — ток в амперах, а E — энергия (приложенное напряжение) в вольтах.

    Номинальная мощность резисторов указывает рабочие пределы. Произведение приложенного напряжения и тока через резистор не должно превышать его номинальную мощность. Когда ток проходит через резистор, электрическая энергия преобразуется в тепло, что повышает температуру резистора. Если температура станет слишком высокой, резистор может быть поврежден. Вышеупомянутая формула электрической мощности может использоваться для определения максимальной безопасной потребляемой мощности и соответствующей номинальной мощности резистора для использования в приложении.

    Номинальная мощность резисторов

    Номинальная мощность резисторов указана в ваттах. Резисторы составного типа имеют номинальную мощность от 1/16 до 2 Вт. Резисторы с проволочной обмоткой имеют номинальную мощность от 3 до сотен ватт. Размер резистора обычно является хорошим показателем его номинальной мощности. Как правило, физический размер резистора увеличивается с увеличением номинальной мощности.

    Влияние температуры на удельное сопротивление

    Удельное сопротивление большинства материалов изменяется в зависимости от температуры.Для большинства материалов сопротивление увеличивается с увеличением температуры материала. Это происходит на молекулярном уровне. Когда электроны движутся через материал, некоторые из них сталкиваются с атомами, другие электронами или примесями. Именно эти столкновения вызывают сопротивление. Тепло заставляет молекулы материала вибрировать. Эти колебания эффективно увеличивают области возможных столкновений, тем самым увеличивая сопротивление току.

    У большинства проводников увеличивается удельное сопротивление при повышении температуры.Однако удельное сопротивление углерода уменьшается с повышением температуры. Это также обычно верно для полупроводников, таких как германий и кремний. На удельное сопротивление константана не влияют изменения температуры. По этой причине константан часто используется для изготовления прецизионных резисторов с проволочной обмоткой с очень низкими допусками.

    Сопротивление и сверхпроводимость

    Для большинства проводников удельное сопротивление уменьшается с понижением температуры. Для некоторых материалов, таких как ртуть и алюминий, удельное сопротивление падает до нуля при чрезвычайно низких температурах.Эти материалы, близкие к абсолютному нулю, -273 ° C, способны проводить ток без какого-либо сопротивления. Эти материалы называются сверхпроводниками. Преимущество сверхпроводников заключается в том, что они могут переносить большие количества тока без потери энергии на нагрев.

    Сверхпроводящие материалы в настоящее время используются в ускорителях частиц и других приложениях, требующих мощных электромагнитов. Технология магнитно-резонансной томографии (МРТ), основанная на использовании сверхпроводников, произвела революцию в материаловедении и медицине.Сверхпроводимость была бы особенно полезна для передачи электроэнергии. В настоящее время около 15 процентов электроэнергии, проходящей по медным линиям электропередачи, теряется в результате сопротивления.

    К сожалению, охлаждение сверхпроводников до требуемых критических температур обходится очень дорого. В настоящее время для охлаждения сверхпроводящих материалов необходимы холодильные установки, использующие жидкий гелий или жидкий азот. Однако наблюдается прогресс в повышении температуры, необходимой для сверхпроводимости.Уже разработаны материалы, которые становятся сверхпроводящими при -175 ° C.

    Ученые усердно работают над созданием сверхпроводников, работающих при комнатной температуре. Такие сверхпроводники значительно снизили бы стоимость производства и передачи электроэнергии. Электродвигатели могут быть намного меньше и мощнее. Компьютеры можно было бы сделать еще меньше и быстрее. Другие удивительные применения, такие как поезда на магнитной подвеске и запуск космических кораблей, станут гораздо более осуществимыми.

    См. Полноцветные микрофотографии сверхпроводящих материалов в нашей фотогалерее «Сверхпроводники ».

    Узнайте больше о сверхпроводниках на сайте Molecular Expressions Microscopy Publications.

    НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

    Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
    © 1995-2021, автор — Майкл В.Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *