Меню

Понятие электрической цепи сила тока напряжение сопротивление ответ

Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Электроика для начинающих

Мы начинаем публикацию материалов новой рубрики «Основы электроники«, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление 🙂 Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома, который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно.

Итак, давайте начнем с понятия напряжения.

Напряжение.

По определению напряжение — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля — это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

Потенциал и напряжение.

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E . Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи — это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, «напряжение в резисторе» — не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и «землей». Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию «земля» 🙂 Так вот «землей» в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 🙂

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны… Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение:

Ток в цепи.

Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

где e − это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток 🙂

Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E . И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока ( I ) — это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения, теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин «сопротивление» уже говорит сам за себя 🙂

Итак, сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S :

Сопротивление цепи.

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

  • удельного сопротивления проводника \rho
  • длины проводника l
  • площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление — это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) — удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

Читайте также:  За счет чего возникает электрический ток в гальваническом элементе

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом 🙂

С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Закон Ома.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники — закон Ома:

Закон Ома.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

Как видите, все несложно 🙂 Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч!

Источник

Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность

Что такое электричество?

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Как увидеть статическое электричество

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10 -19 Кл (Кулон). Обозначается е или е – .

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Напряжение можно представить как давление, создаваемое водой

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Направление тока и движения электронов в замкнутой цепи

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10 18 электронов) за 1 секунду.

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Разная скорость потоков – разная сила тока

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Одинаковая скорость потоков – одинаковая сила тока

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Читайте также:  Как проявляется поражение током человека

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

График переменного и постоянного токов

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

Электрическое сопротивление на примере водопроводной трубы

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Электрическая цепь на примере фонарика

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора « Знаток ». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

Источник

Понятие о токе, напряжении и сопротивлении

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Общие сведения

Все физические тела состоят из молекул, являющихся мельчайшими частицами данного вещества и обладающих его свойствами.

Молекулы образуются из атомов. Простые вещества состоят из атомов одного и того же вещества

Молекулы сложных веществ состоят из атомов различных химических элементов. Например, молекула воды состоит из атомов водорода и кислорода.

Атом состоит из ядра, имеющего положительный заряд, вокруг которого по замкнутым орбитам вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд. Атомы разных веществ имеют разное количество электронов. Например, атом водорода — 1, а атом меди — 29. В состоянии равновесия атом не проявляет электрических свойств, т.к. суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра и поэтому является нейтральным.

Под влиянием внешних сил атом может терять или приобретать электроны. Теряя электроны, атом заряжается положительно. Приобретая электроны, атом заряжается отрицательно.

Электроны, которые слабо связаны с ядром атома и могут покидать свои орбиты, носят названия свободных электронов.

Чем больше свободных электронов у атомов данного тела, тем оно лучше проводит ток, такие тела называют проводниками.

К проводникам относятся все металлы, графит, уголь.

Изоляторамии диэлектрикаминазывают тела, у которых электроны прочно связаны с ядром атома и поэтому не имеют свободных электронов (воздух, пластмассы, слюда, стекло, резина, фарфор, мрамор, эбонит, асбоцемент и др.).

Полупроводники— это тела, у которых появляются свободные электроны при определенных условиях (удар, облучение, нагрев и т.д.).

На границе соприкосновения проводника и полупроводника образуется запирающий слой, через который электроны протекают только в одном определенном направлении. Свойство односторонней проводимости полупроводников используется для создания выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный.

К полупроводникам относятся: селен, кремний, германий, теллур, закись меди и т.д.

Понятие о токе, напряжении и сопротивлении

Электрическим токомназывается строго направленное движение свободных электронов под действием сил электрического поля. Электрический ток по проводнику течет со скоростью 300 000 км /сек.

Читайте также:  Укажите направление линий магнитного поля созданного проводником с током

Мерой электрического тока является сила тока

I= q/t (А) Ампер

q— количество электрических зарядов, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени (Кулон), t— время в (сек.)

Ток бывает: постоянным, пульсирующим и переменным.

Постоянный ток— это такой ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Пульсирующий ток— это такой ток, который периодически изменяется только по величине.

Переменный ток— это такой ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению.

Прибор для измерения тока называют амперметром.

Электродвижущей силой (ЭДС)называют разность потенциалов между зажимами источника тока при разомкнутой внешней цепи. Измеряется в вольтах и обозначается буквой Е.

Напряжениемназывается разность потенциалов между двумя точками замкнутой цепи при протекании по ней электрического тока. Измеряется в вольтах V, kV и обозначается буквой U.

Прибор для измерения напряжения называют вольтметром.

Электрическая цепьсостоит из внешней и внутренней частей. Внутреннюю часть цепи составляет источник напряжения, (генератор).

Сопротивлениемназывают препятствие, которое оказывает проводник прохождению через него электрического тока. Измеряется в Омах, кОм, МОм и обозначается буквой R.

Прибор для измерения сопротивления называют Омметром.

Сопротивление проводника зависит прямо пропорционально от его длины L, удельного сопротивления (р) и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника S. Математически эта зависимость выражается формулой:

R = pL/S Ом,

где R — сопротивление проводника в Омах

L — длина проводника в метрах

S — площадь поперечного сечения в миллиметрах квадратных мм 2 р — (ро) удельное сопротивление проводника, характеризующее качество Ом мм 2 /М

наименьшее сопротивление имеет серебро

Величина обратная сопротивлению носит название проводимость проводника

G = 1/R (Сименс)сокращенно Сим.

Кроме того сопротивление проводника прямо пропорционально зависит от температуры t°C.

Закон Ома

Величина силы токадля данной цепи прямо пропорциональна напряжению на концах данного участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:

где I — сила тока на участке (А); U напряжение на участке (В); R — сопротивление этого участка (Ом). Зная напряжение и силу тока, можно определить сопротивление

R = U/I

Закон Кирхгофа (первый)

Точка, в которой соединяются три и более проводов, называется узловой.

I1 и 14 — токи подходящие к узлу; I2, I3, I5 — токи, отходящие от узла; По закону Кирхгофа сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов отходящих:

I1+ I4= I2 + Iз + I5

Работа, мощность и тепловое действие электрического тока

При прохождении по цепи ток совершает работу, при этом электроэнергия источника тока превращается в другие виды энергии (механическую, тепловую и т.д.)

Работа электрического токавыражается формулой

А = q U, где q — количество электрических зарядов;

Используя значение тока I = q/t и выразив q = I t получим, что А = UIt ватт-секунд (вт-сек) или ват-час (вт-ч), (квт-ч).

Источник



Билет №16.Постоянный электрический ток. Электрическая цепь. Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи.

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Условия существования электрического тока:

1. электрическая цепь была замкнута;

2. наличие свободных электрических зарядов;

3. наличие источника электрического поля, внутри которого происходит разделение зарядов.

В металлах носителями тока являются электроны, в растворах и расплавах – положительные и отрицательные ионы, в газах – ионы и электроны.

Электрическая цепь — совокупность различных устройств и соединяющих их проводников (или элементов электропроводящей среды), по которым может протекать электрический ток.

Обязательными элементами электрической цепи являются:

1. источник тока;

2. соединительные провода;

3. замыкающее устройство;

Для характеристики электрического тока используются физические величины: сила тока, напряжение, сопротивление.

Сила тока — это физическая величина, характеризующая величину электрического заряда, проходящего через сечение проводника за единицу времени. Обозначается I, измеряется в Амперах [А]. По определению: I=q/t.

Если сила тока постоянна по модулю и направлению, ток называют постоянным.

Напряжение характеризует работу, совершаемую электрическим полем по перемещению единичного положительного заряда. Обозначается U, измеряется в Вольтах [В]. По определению: U=A/q.

Электрическое сопротивление возникает в проводнике при протекании тока из-за взаимодействия свободных зарядов с ионами кристаллической решетки. Обозначается R, измеряется в Омах (Ом).

Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен, площади сечения и длины проводника. Сопротивление можно рассчитать по формуле: , где ρ — удельное электрическое сопротивление (измеряется в Ом·м), S – площадь сечения проводника (измеряется в м2), L – длина проводника (измеряется в м).

0 U, В

В последовательной цепи сила тока на всех его участках одинакова, а напряжение и сопротивления складываются. I=I1=I2; U=U1+U2; R=R1+R2.

В параллельной цепи напряжение на всех участках одинаково, а сила тока складывается. Также складываются величины, обратные сопротивлению. I=I1+I2; U=U1=U2; 1/R=1/R1+1/R2.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник