Меню

Сила тока пример с водой

Закон Ома — физика процесса на примере движения воды. Формулы зависимости сопротивления, напряжения, силы тока и мощности

Магический треугольник - зависимость сопротивления, напряжения и силы тока

Давайте вместе разберемся в зависимости сопротивления, напряжения, силы тока и мощности на примере движения воды. В реальном времени на наших интерактивных примерах вы сможете увидеть как изменяется один из искомых параметров, если вы знаете величины двух других.

Существует всего 2 базовых формулы которые помогут вам понять взаимосвязь между силой тока(Амер), напряжением(Вольт), сопротивлением (Ом) и мощностью (Ватт).
Зная хотя бы два из перечисленных параметра вы всегда можете рассчитать два других.

ЗАКОН ОМА

Базовая формула P=I*E E=I*R
Расчет напряжения E=P/I E=I*R E=SQR(P*R)
Расчет силы тока I=P/E I=E/R I=SQR(P/R)
Расчет мощности P=I*E P=E 2 /R P=I 2 *R
Расчет сопротивления R=E 2 /P R=E/I R=P/I 2

P — Мощность (Ватт)
E — Напряжение (Вольт)
I — Сила тока (Ампер)
R — Электрическое сопротивление (Ом)
SQR — квадратный корень

Мы используем переменную E для обозначения напряжения, иногда вы можете встретить обозначение V для напряжения. Не дайте себя запутать названиям переменных.

Изменение сопротивления:

На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.

Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.

Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.

Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт.

В зависимости от сопротивления увеличивается и уменьшается сила тока.

Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.

Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.

ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.

Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток. Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.

Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.

Формула закона Ома — зависимость сопротивления и силы тока

Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.

Больше сопротивление = Меньше ток

График зависимости силы тока от сопротивления

* при условии что напряжение постоянно.

Изменение напряжения.

На изображенной схеме во всех системах сопротивление имеет одинаковую величину.
В этот раз на картинке изменяется сопротивление/давление.

Вы можете увидеть что при увеличении напряжения приводит к увеличению протекающего тока даже при постоянном сопротивлении.

Формула закона Ома — зависимость напряжения и силы тока

Обратите внимание что сила тока протекающего в проводнике прямопропорциональна напряжению.

Больше напряжение = Больше сила тока

График зависимости силы тока от напряжение

* при условии что сопротивление постоянно.

Математический рассчет

Рассмотрим пример.
У нас есть аккумуляторная батарея с напряжением питания 12 Вольт. К ней напрямую подключен резистор (сопротивление) 10 Ом. Для того что бы рассчитать какая мощность приложена к нашему резистору, можно воспользоваться формулой.

P = E2/R
P = 122/10
P = 144/10.
P = 14.4 watts

Мощность рассеиваемая на резисторе состовляет 14,4 Ватта.

Если вы хотите определить величину тока протекающего через проводник, мы используем другую формулу

I = E/R
I = 12/10
I = 1.2 amps

Сила тока протекающего через цепь составляет 1,2 Ампера
—————-
Калькуляторы зависимости напряжения, силы тока и сопротивления.

1. Калькулятор рассеиваемой мощности и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.

Демо закона Ома в реальном времени.

Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.

Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт

Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.

В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.

Читайте также:  Ток зарядки автомобильного аккумулятора 60а

Источник

Электричество как вода. #3

Электричество как вода. #3

Привет водяным электрикам!

Третья часть эпопеи “Электричество Как Вода” начинается.

В прошлой части я задал вопросы, на которые пообещался ответить. Но, чтобы на них ответить, мне стоит объяснить ещё пару-тройку электрических характеристик, конечно же, на примере воды.

  • Сила Тока, I.

Достаточно простая водяная метафора для силы тока — расход. Расход воды. Количество литров за секунду. Т.е. сила тока во всей цепи — количество воды, проходящей по всем нашим соединённым трубам, за одну секунду.

Сила тока на резисторе (прибор, создающий сопротивление) — количество заряда, проходящего за секунду.

Если мы говорим про воду: расход воды в сужении трубы — количество прошедшей воды за 1 секунду.

  • Работа, A.

Работа она и есть работа. На земле стояло 2 ведра, подняли на высоту 1 м — совершили работу.

Вода по трубам переместилась — совершила работу.

В электричестве за МЕРУ работы берётся не перемещение тока, а его физическое влияние на цепь, т.е. нагревание (и не только, но не берём во внимание). Ведь, когда ток проходит по всем нашим лампам, зарядникам, мониторам, он их нагревает.

И в итоге получается, что количество теплоты, которое цепь выделяет, = количество совершенной электричеством работы.

  • Мощность, P.

Мощность — величина, показывающая производительность, способность выполнять работу. Мощность определяет количество работы, которую кто-то может выполнить за 1 секунду. Т.е. работа, делённая на время.

Взять пример с вёдрами: если мы два ведра на 1 метр подняли за 4 секунды, то наша мощность — половина ведра в секунду. (два ведра за 4с, одно за 2с, половина за 1с). если мы два ведра подняли за 1 секунду, наша мощность — 2 ведра в секунду.

В электрических цепях мощность отдают (вырабатывают) источники тока/напряжения, а поглощают — лампочки, резисторы и всё остальное, имеющее сопротивление.

С характеристиками, кажется, разобрались.

А теперь ответы на вопросы из второй части:

А может ток быть, а напряжение — нет? А наоборот?

В идеальных моделях — да. В реальном мире — нет.

  • Напряжение без тока: если замерить напряжение на выключателе света в комнате, когда он в положении “выключенного света”, мы увидим, что на нём есть напряжение, но ток по нему не идёт, потому что он в положении 0. В этом положении у него огромное сопротивление, которое не даёт течь току. Как труба, в которой закрыли кран: вода хочет литься, но кран не даёт. В раковине, в ванной, в кухне — напряжение есть, но не течёт — вы ж закрыли всё!
  • Ток без напряжения: Представьте участок цепи от источника до лампочки. Вот перед вами провод. Лампочка горит. Ток есть. Если вы замерите напряжение на проводе, не замеряя ни на лампочке, ни батарейке, а просто на проводе, в двух близко расположенных точках — напряжения не будет. Лампочка горит — ток есть. Ток есть — напряжения нет.

Но в реальном мире всё-таки так не бывает. В первом случае сила тока через переключатель идти будет — но слишком маленькая, чтобы расшевелить цепь. Если бы сопротивление было бесконечным (идеальным) — тока не было. Но у переключателя сопротивление конечное (но огромное), поэтому по переключателю пойдёт ток, так называемый ток утечки. Но его значение будет мало и незначительно. Во втором случае напряжение всё-таки существовать будет — только тоже очень маленькое. Ведь у провода тоже есть сопротивление, вследствие которого возникает напряжение и небольшая потеря силы тока.

Такая разница возникает всё по той же причине: ничто не идеально.

Бьет от электричества напряжением или током?

Током. По вам же должно что-то течь. Чтобы задело. Т.е. током.

А в розетке что — напряжение или ток?

Напряжение. 220 Вольт. Ток возникает вследствие подключения приборов и прочего. Напряжение остаётся постоянным. (опять же в идеале, т.е. я не беру перегрузки и прочие причины падения напряжения)

А электросчетчик мотает что?

Работу тока. Т.е. мощность с электростанций, которую вся наша квартира потребила(если мы говорим о счётчиках в квартирах). Но для упрощения используют единицы — КилоВатт*Час. (скорее всего, упрощение сделано для сокращения цифры на счётчике, ведь, если бы работу замеряли в Ватт*Секунда, то число увеличивалось в 36000 раз, потому что в часе 3600 секунд, а приставка кило- равна тысяче Ватт) Т.е. если у вас целый час работал фен, потребляющий мощность, к примеру, 1000 Ватт (1 килоВатт) в час, то на счётчике будет 1 килоВатт*час. Если он работал два часа, на счётчике будет 2 килоВатт*час.

Но я придумал ещё! 😀

В чём разница между источником тока и источником напряжения?

В каких случаях какой источник нужно использовать?

Какими могут быть водные примеры двух типов источников?

Почему цепь должна быть замкнута?

Какой может быть пример электрической цепи через воду?

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.

Читайте также:  Расчет тока электрической дуги

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.

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.

Читайте также:  Как рассчитать трансформаторы тока 10кв

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



Обьясните на примере речки, что из себя представляют сила тока, напряжение и сопротивление?

ну гляди.. что есть электрический ток? 1А = 1кл/с, то есть заряд пробежавший за 1 сек. В основном этот заряд — это электрончик, причем как известно у всех электронов заряд одинаковый и на данный момент он считается элементарным (то есть меньше заряда нет, и все остальные заряды равны к*е, где к — целое) . Ну так вот.. что получается.. сила тока показывает как много электронов (вообще говоря может и других носителей заряда) пролетает за 1 секунду. На примере с речкой напрашивается количество молекул воды пролетающих за 1 секунду. То есть сила течения.
Что есть напряжение? Это разность потенциалов между двумя точками (например концами провода) , его же порой называют Электродвижущей силой, то есть это то что приводит электроны (носителей заряда) в движение. Словосочетание «разность потенциалов» наталкивает на ассоциацию с разностью высот у речки. Чем больше разность потенциалов, тем больше сила тока = чем больше разность высот между точками, тем больше воды пронесется за 1 секунду.
Сопротивление? Ну тут интуитивно все правильно. На примере речки сопротивление — сопротивление рельефа реки протеканию воды: ) например по стеклянному желобу капля воды быстрее пробежит, чем вдоль какой-нибудь свалки той же длинны.

Итого: Напряжение — сила с которой пихается поток, сопротивление — помеха для потока, сила тока — то как успешно потоку удается преодолевать сопротивление под напором напряжения.

Напряжение — это перепад высот между истоком и устьем.
Сила тока — ширина речного русла.
для сопротивления — нет аналога, поскольку речное русло, встречая препятствие, разливается.

Лучше всего подойдет аналогия с трубой.

Напряжение — это давление в трубе
Сила тока — диаметр трубы и объем источника воды.

Для сопротивления опять же нет аналога стопроцентного.

1 неделю назад (ссылка)

Точнее:
— Сила тока — кол-во воды, проходящей за ед. времени (диаметр трубы)
— «вольтаж» Напряжение — давление в трубе
— Тиристор — электро клапан, транзистор — злектро задвижка
— диод — обратный клапан
— Рег. сопротивление — винтовой кран
— Конденсатор — ресивер (ёмкость под давлением)
Микрофон — водозабор
Громкоговоритель — брандспойт
Усилитель — насос
Озвучка зала, площади — система орошения
Радиотехник — сантехник!! !

Смотри на примере водопровода. Вода нагнетается в трубы насосом, создается давление (напряжение) , открываем кран (включаем цепь — создается разность потенциалов — перепад давления) начинает течь поток воды (эл. ток) тебе в ванну. Чем больше диаметр трубы — тем сильнее поток воды (тем меньше сопротивление эл. току, тем сильнее ток при таком неизменном напряжении)

Дома у тебя в розетке 220 вольт и сила тока зависит только от нагрузки (сопротивления) потребителя.

Источник