Активное сопротивление в цепи переменного тока
Электрические лампы накаливания, печи сопротивления, бытовые нагревательные приборы, реостаты и другие приемники, где электрическая энергия преобразуется в тепловую, на схемах замещения обычно представлены только сопротивлением R.
Для схемы, изображенной на рис. 13.1, а, заданы сопротивление R и напряжение, изменяющееся по закону
u = Umsinωt
Найдём ток и мощность в цепи.
Ток в цепи переменного тока с активным сопротивлением
По закону Ома найдем выражение для мгновенного тока:
где Im = Um/R — амплитуда тока
Из уравнений напряжения и тока видно, что начальные фазы обеих кривых одинаковы, т. е. напряжение и ток в цепи с сопротивлением R совпадают по фазе. Это показано на графиках и векторной диаграмме (рис. 13.1, б, б).
Действующий ток найдем, разделив амплитуду на √ 2:
Формулы (13.1) выражают закон Ома для цепи переменного тока с сопротивлением R. Внешне они ничем не отличаются от формулы для цепи постоянного тока, если переменные напряжение и ток выражены действующими величинами.
Мгновенная мощность в цепи переменного тока с активным сопротивлением
При переменных величинах напряжения и тока скорость преобразования электрической энергии в приемнике, т. е. его мощность, тоже изменяется. Мгновенная мощность равна произведению мгновенных величин напряжения и тока: p = Umsinωt * Imsinωt = UmImsin2ωt
Из тригонометрии найдём
Более наглядное представление о характере изменения мощности в цепи дает график в прямоугольной системе координат, который строится после умножения ординат кривых напряжения и тока, соответствующих ряду значений их общего аргумента — времени t.
Зависимость мощности от времени — периодическая кривая (рис. 13.2).
Если ось времени t поднять по чертежу на величину р = Pm√2 = UmIm√2, то относительно новой оси t’ график мощности является синусоидой с двойной частотой и начальной фазой 90°:
Таким образом, в первоначальной системе координат мгновенная, мощность равна сумме постоянной величины Р= UmIm√2 и перемен- ной р’:
р = Р + р’
Анализируя график мгновенной мощности, нетрудно заметить, что мощность в течение периода остается положительной, хотя ток и напряжение меняют свой знак. Это получается благодаря совпадению по фазе напряжения и тока.
Постоянство знака мощности говорит о том, что направление потока электрической энергии остается в течение периода неизменным, в данном случае от сети (от источника энергии) в приемник с сопротивлением R, где электрическая энергия необратимо преобразуется в другой вид энергии. В этом случае электрическая энергия называется активной.
Если R — сопротивление проводника, то в соответствии с законом Ленца — Джоуля электрическая энергия в нем преобразуется в тепло.
Активная мощность для цепи переменного тока с активным сопротивлением
Скорость преобразования электрической энергии в другой вид энергии за конечный промежуток времени, значительно больший периода изменения тока, характеризуется средней мощностью. Она равна средней мощности за период, которую называют активной.
Активная мощность — среднее арифметическое мгновенной мощности за период.
Для рассматриваемой цепи активную мощность Р нетрудно определить из графика рис. 13.2. Средняя величина мощности равна высоте прямоугольника с основанием Т, равновеликого площади, ограниченной кривой р(t) и осью абсцисс (на рисунке заштриховано).
Равенство площадей РТ = Sp выполняется, если высоту прямоугольника взять равной половине наибольшей мгновенной мощности Pm.
В этом случае часть площади Sp , находящаяся выше прямоугольника, точно укладывается в оставшуюся незаштрихованной его часть:
P = UI
Активная мощность для данной цепи равна произведению действующих величин тока и напряжения:
P = UI = I2R = U2R
С математической точки зрения активная мощность является постоянной составляющей в уравнении мгновенной мощности p(t) [см. выражение (13.2)].
Среднюю мощность за период можно найти интегрированием уравнения (13.2) в пределах периода:
Сопротивление R, определяемое из формулы (13.3) отношением активной мощности цепи к квадрату действующего тока, называется активным электрическим сопротивлением.
Источник: https://electrikam.com/aktivnoe-soprotivlenie-v-cepi-peremennogo-toka/
Электротехника в сварке
Электрический ток в металлических проводниках представляет собой направленное движение свободных электронов вдоль проводника, включенного в электрическую цепь. Движение электронов в электрической цепи происходит благодаря разности потенциалов на зажимах источника (т.е. его выходного напряжения).
Электрический ток может существовать только в замкнутой электрической цепи, которая должна состоять из:
— источника тока (аккумулятор, генератор, ); — потребителя (лампа накаливания, нагревательные приборы, сварочная дуга и т.д.);
— проводников, соединяющих источник питания с потребителем электрической энергии.
Электрический ток обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой I (i).
Единица измерения силы электрического тока – ампер (обозначается А).
Сила тока измеряется при помощи амперметра, который включается в разрыв электрической цепи.
В отличие от электрического тока, напряжение на зажимах источника питания или элементах цепи существует независимо от того, замкнута электрическая цепь или нет.
Напряжение обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой U (u).
Единица измерения величины напряжения – вольт (обозначается В).
Величина напряжения измеряется при помощи вольтметра, который подключается параллельно к участку электрической цепи, на котором производится измерение.
Провода и токоприемники, включенные в электрическую цепь, оказывают сопротивление прохождению тока.
Электрическое сопротивление обычно обозначается латинской прописной буквой R.
Единица измерения сопротивления электрической цепи – ом (обозначается Ом).
Величина электрического сопротивления измеряется омметром, который подключается к концам измеряемого участка цепи, при этом по измеряемому участку цепи не должен протекать ток.
Электрическая цепь может быть составлена так, что начало одного сопротивления соединяется с концом другого. Такое соединение называется последовательным.
В электрической цепи с последовательным подключением сопротивлений (потребителей), существуют следующие зависимости.
Общее сопротивление такой цепи равно сумме всех этих отдельных сопротивлений:
R = R1 + R2 + R3
Так как ток проходит последовательно одно за другим все сопротивления, его величина на всех участках цепи одинакова.
Сумма падений напряжений на всех участках электрической цепи равна напряжению на клеммах источника:
Uист = Uab + Ucd
Величина падения напряжения на отдельном участке электрической цепи равна произведению величины тока в цепи на электрическое сопротивление этого участка.
Если в электрической цепи с одной стороны соединены все начала сопротивлений, а с другой – все их концы, то такое соединение называется параллельным.
Общее сопротивление такой цепи меньше сопротивления любой из составляющих ее ветвей.
Для цепи с двумя параллельно подключенными сопротивлениями общее сопротивление вычисляется по формуле:
R=R1 * R2 / (R1 + R2)
Каждое дополнительное сопротивление при параллельном подключении снижает общее сопротивление такой цепи. В балластном реостате используется схема параллельного подключения сопротивлений. Поэтому при включении каждого дополнительного «ножа» общее сопротивление балластного реостата снижается, а ток в цепи возрастает.
На участке цепи с параллельным подключением ток разветвляется, проходя одновременно по всем сопротивлениям:
i = i1 + i2 + i3
Все сопротивления параллельной цепи находятся под одинаковым напряжением:
Uab = U1 = U2 = U3
Постоянный ток
Электрический ток может быть постоянным или переменным.
Постоянный электрический ток протекает по замкнутой цепи всегда только в одном направлении.
Условно принято:
— внутри источника постоянного тока ток направлен от зажима со знаком минус (–) к зажиму со знаком (+);
— во внешней цепи ток направлен от плюса к минусу.
Постоянный ток получают при помощи аккумуляторов, генераторов, выпрямителей.
В соответствии с законом Ома для цепи постоянного тока: сила тока I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:
I = U / R
Таким образом:
— если напряжение в цепи увеличится (уменьшится) в несколько раз, а сопротивление останется неизменным, то во столько же раз увеличится (уменьшится) сила тока;
— если сопротивление в цепи увеличится (уменьшится) в несколько раз, то при постоянном напряжении во столько же раз уменьшится (увеличится) сила тока.
Переменный ток
Переменный ток меняет направление протекания по замкнутой цепи с определенной периодичностью. Переменный электрический ток получают при помощи генераторов переменного тока. Основными параметрами, характеризующими переменный ток являются:
— период — время, за которое происходит полный цикл изменений переменного тока по величине и направлению; измеряется в миллисекундах; — частота — число периодов, совершаемых переменным током в одну секунду; измеряется в герцах (Гц); — амплитуда тока — максимальное значение тока в течение периода, независимо от направления тока; измеряется в амперах (А)
— эффективное значение тока — величина переменного тока, при котором на определенном активном сопротивлении выделяется столько же тепла, как и при такой же величине постоянного тока; измеряется в амперах (А)
В Украине и странах СНГ все электростанции вырабатывают переменный ток стандартной частоты — 50 Гц. Такой переменный ток называют током промышленной частоты.
Трехфазный переменный ток
В промышленности, как правило, используется трехфазный переменный ток. Такой ток получают при помощи трехфазных генераторов переменного тока. Упрощенное устройство трехфазного генератора показано на рисунке ниже.
Фазы трехфазного тока принято обозначать тремя первыми буквами латинского алфавита: A, B и C.
Схематично рисунок выше можно представить так:
В трехфазных цепях переменного тока провода, отмеченные цифрами 1, 2 и 3, объединяют в один провод, называемый нулевым или нейтральным.
В полном виде схема питающей сети трехфазного тока и ее параметры представлены ниже.
Как это видно из рисунка, показанного выше, ротор во время вращения наводит электродвижущую силу (ЭДС) сначала в катушке фазы А, затем в катушке фазы В, а затем в катушке фазы С. Таким образом кривые напряжения на выходных клеммах этих катушек как бы сдвинуты между собой на угол 120º.
Электрическое сопротивление проводников
Сопротивление проводника зависит:
— от длины проводника – с увеличением длины проводника его электрическое сопротивление возрастает; — от площади поперечного сечения проводника – с уменьшением площади поперечного сечения сопротивление увеличивается; — от температуры проводника – с увеличением температуры сопротивление увеличивается;
— от коэффициента удельного сопротивления материала проводника.
Чем больше сопротивление проводника прохождению электрического тока, тем больше энергии теряют свободные электроны, и тем сильнее нагревается проводник (которым обычно является электрический провод).
Для каждой площади сечения провода существует допустимая величина тока. Если сила тока окажется больше этой величины, то провода могут нагреться до высокой температуры, что, в свою очередь, может вызвать воспламенение изоляционного покрытия.
Максимальные допустимые значения силы тока для различных сечений медных изолированных сварочных проводов приведены ниже в таблице:
| Поперечное сечение провода, мм2 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 |
| Предельно допустимый ток, А | 90 | 125 | 150 | 190 | 240 |
Запомните! Величина тока в амперах (I), приходящаяся на один квадратный миллиметр площади поперечного сечения провода (S), называется плотностью тока (j):
j (А/мм2) = I (А) / S (мм2)
Энергия и мощность электрического тока
Электрический ток, протекая по проводникам, совершает работу, которая оценивается путем вычисления энергии электрического тока (Q), которая была при этом потрачена. Она равна произведению силы тока (I) на напряжение (U) и на время (t), в течение которого проходит ток:
Q = I * U * t
Способность тока совершать работу оценивается мощностью, которая является энергией, получаемой приемником или отдаваемой источником тока в единицу времени (в 1 секунду) и вычисляется как произведение силы тока (I) на напряжение (U):
P = I * U
Единица измерения мощности ватт (Вт) — работа, совершаемая в электрической цепи при силе тока 1 А и напряжении 1 В в течение 1 с.
В технике мощность измеряется более крупными единицами: киловаттами (кВт) и мегаваттами (МВт): 1 кВт = 1 000 Вт; 1 МВт = 1 000 000 Вт.
Электрическая проводимость веществ
По способности проводить ток твердые вещества делятся на:
— проводники; — изоляторы;
— полупроводники.
Газы, в том числе и воздух при обычных условиях не проводят электрический ток. Газы становятся проводниками электрического тока в том случае, если они ионизированы. Одним из видов прохождения электрического тока через газ является электрический разряд, т.е. электрическая дуга, которая используется при электродуговой сварке.
Источник: https://weldering.com/elektrotehnika-svarke
Как повысить силу электрического тока. Сопротивление проводников. Удельное сопротивление
Закон Ома является самым главным в электротехнике. Именно поэтому электрики говорят: «- Кто не знает Закон Ома, пусть сидит дома». Согласно этому закону ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению ( I = U / R ), где R является коэффициентом, которое связывает напряжение и силу тока.
Единица измерения напряжения – Вольт, сопротивления – Ом, силы тока – Ампер.
Для того, чтобы показать, как работает Закон Ома, разберем простую электрическую цепь. Цепью является резистор, он же – нагрузка. Для регистрации на нем напряжения используется вольтметр. Для тока нагрузки – амперметр. При замыкании ключа ток идет через нагрузку.
Смотрим, насколько соблюдается Закон Ома. Ток в цепи равен: напряжение цепи 2 Вольта и сопротивление цепи 2 Ома ( I = 2 В / 2 Ом =1 А). Амперметр столько и показывает. Резистор является нагрузкой, сопротивлением 2 Ома. Когда замыкаем ключ S1, ток течет через нагрузку. С помощью амперметра измеряем ток цепи. С помощью вольтметра – напряжение на зажимах нагрузки.
Ток в цепи равен: 2 Вольта / 2 Ом = 1 А. Как видно это соблюдается.
Теперь разберемся, что нужно сделать, чтобы поднять силу тока в цепи. Для начала увеличиваем напряжение. Сделаем батарею не 2 В, а 12 В. Вольтметр будет показывать 12 В. Что будет показывать амперметр? 12 В/ 2 Ом = 6 А. То есть, повысив напряжение на нагрузке в 6 раз, получили повышение силы тока в 6 раз.
Рассмотрим еще один способ, как поднять ток в цепи. Можно уменьшить сопротивление – вместо нагрузки 2 Ом, возьмем 1 Ом. Что получаем: 2 Вольта / 1 Ом = 2 А. То есть, уменьшив сопротивление нагрузки в 2 раза, увеличили ток в 2 раза.
Для того, чтобы легко запомнить формулу Закона Ома придумали треугольник Ома:
Как можно по этому треугольнику определять ток? I = U / R. Все выглядит достаточно наглядно. С помощью треугольника также можно написать производные от Закона Ома формулы: R = U / I; U = I * R.
Главное запомнить, что напряжение находится в вершине треугольника.
В 18 веке, когда был открыт закон, атомная физика находилась в зачаточном состоянии. Поэтому Георг Ом считал, что проводник представляет собой что-то, похожее на трубу, в которой течет жидкость. Только жидкость в виде электротока.
При этом он обнаружил закономерность, что сопротивление проводника становится значительнее при увеличении его длины и меньше при увеличении диаметра. Исходя из этого, Георг Ом вывел формулу: R = p *l / S, где p – это некоторый коэффициент, умноженный на длину проводника и деленный на площадь сечения.
Этот коэффициент был назван удельным сопротивлением, характеризующим способность создавать препятствие протеканию эл.тока, и зависит из какого материала изготовлен проводник. Причем, чем больше удельное сопротивление, тем больше сопротивление проводника.
Чтобы увеличить сопротивление необходимо увеличить длину проводника, либо уменьшить его диаметр, либо выбрать материал с большим значением данного параметра. В частности, для меди удельное сопротивление составляет 0,017 ( Ом * мм2 / м ).
Рассмотрим, какие бывают проводники. На сегодняшний день самым распространенным является проводник из меди. Из-за низкого удельного сопротивления и большой устойчивости к окислению, при этом довольно низкой ломкости, этот проводник все больше и больше находит применение в электрике. Постепенно медный проводник вытесняет алюминиевый. Медь применяют при производстве провода (жил в кабелях) и при изготовлении электротехнических изделий.
Вторым по применению можно назвать алюминий. Он часто используется в старой проводке, на смену которой приходит медь. Также применяется при производстве проводов и изготовлении электротехнических изделий.
Следующий материал – это железо.
Оно обладает удельным сопротивлением гораздо больше, чем медь и алюминий (в 6 раз больше, чем у меди и в 4 раза выше, чем у алюминия). Поэтому, при производстве проводов, как правило, не применяется.
Зато применяется при изготовлении щитов, шин, которые благодаря большому сечению обладают низким сопротивлением. Также как крепежное изделие.
Золото в электрике не применяется, так как оно достаточно дорогое. Благодаря низкому значению удельного сопротивления и большой защиты от окисления применяется в космических технологиях.
Латунь в электрике не применяется.
Олово и свинец обычно применяются в сплаве в качестве припоя. Как проводники, для изготовления каких-либо приборов, не применяются.
Серебро чаще всего применяется в военной технике высокочастотных приборов. В электрике применяется редко.
Вольфрам применяется в лампах накаливания. Благодаря тому, что он не разрушается при высоких температурах, его используют в качестве нитей накаливания для ламп.
Уголь, графит применяются в электрических щетках в электродвигателях.
Проводники применяются с целью пропускать через себя силу тока. При этом ток совершает полезную работу
Диэлектрики имеют большое значение удельного сопротивления, которое в сравнении с проводниками намного выше.
Фарфор применяют, как правило, при изготовлении изоляторов. Для производства изоляторов также используют стекло.
Эбонит чаще всего применяется в трансформаторах. Из него изготовляют каркас катушек, на которые наматывается провод.
Также в качестве диэлектриков часто используют разные виды пластмасс. К диэлектрикам относится материал, из которого произведена изоляционная лента.
Материал, из которого изготовлена изоляция в проводах, также является диэлектриком.
Основное назначение диэлектрика – это защита людей от поражения электротоком, изолировать между собой токопроводящие жилы.
Источник: https://partalstalina.ru/article/item/25
Закон Ома для участка цепи. Расчет электрического сопротивления проводника
| Цель | Обобщить знания учащихся об электрическом токе и напряжении и установить на опыте зависимость силы тока от напряжения на однородном участке электрической цепи и от сопротивления этого участка, вывести закон Ома для участка цепи. Установить, что электрическое сопротивление зависит от длины проводника, удельного сопротивления и площади поперечного сечения. |
| Задачи урока |
|
| Тип урока | Урок формирования новых знаний с использованием электронных образовательных ресурсов. |
| Формы работы учащихся | Фронтальная, групповая, индивидуальная. |
| Используемые приемы обучения | проблемный; исследовательский. |
| Методы | Словесный, частично-поисковый, Практический, методы контроля и самоконтроля. |
| Средства обучения | Мел, доска, компьютер, мультимедийный проектор, наличие доступа в Интернет. |
| Демонстрации | 1.Зависимость силы тока от сопротивления проводника при постоянном напряжении;2.Зависимость силы тока от напряжения при постоянном сопротивлении участка цепи.ЦОР Физика. |
| Формируемые УУД |
|
| Ожидаемые результатыУчащиеся научатся: |
|
Учитель: Ребята, обратите внимание на слайд. Как Вы видите тема нашего сегодняшнего урока звучит как «Закон Ома для участка цепи. Расчет электрического сопротивления».
Но прежде, чем начать изучать новый материал, следует выяснить, к каким из физических явлений относится данная тема? (выслушиваются варианты ответа, возможно, понадобится вспомнить все остальные пять физических явлений). Итак, подведем итог, явления, к которым имеет отношение тема сегодняшнего урока называются электрические . Давайте вспомним, что же такое электрические явления? (выслушиваются предположения детей, далее работа по слайду).
Учитель: замечательно, ребята! Теперь когда мы знаем что такое электрические явления, необходимо поставить цель нашего урока, к которой мы будем стараться прийти в конце.
3. Мотивационный этап
Ребята, прежде чем устанавливать зависимости между физическими величинами, нам необходимо четко усвоить каждую из этих величин. Для этого давайте повторим по слайдам все физические величины, ос которыми нам сегодня придется работать при решении задач, а также повторим составные части электрической цепи, какие приборы помогают нам снимать показания.
Чтобы было легче понять, что такое сила тока, представьте, что перед Вами вместо провода труба, в которой находится вода, а воде плавают маленькие рыбки. Так вот рыбки, благодаря действию течения потока воды, начинают одновременно плыть в одном направлении.
Если мы представим, что вместо рыбок у нас электроны, а вместо течения воды — электрическое поле, то в таком случае в проводнике возникает электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц.
За направление тока мы принимаем направление движения положительно заряженных частиц, то есть от + к -.
А теперь вспомним, что такое напряжение.
Если мы представим, что под действием течения воды в трубе одна из рыбок переместилась влево на расстояние 1 м, то мы можем сказать, что течение совершило работу по перемещению рыбки. Так и в случае электричества. Электрическое поле, перемещая заряженную частицу совершает работу, и если мы разделим значение этой работы на величину заряда частицы, то получим величину, которая называется электрическое напряжение.
Обратимся к еще одной физической величине
Электроны, передвигаясь вдоль проводника испытывают различные препятствия.
Так, например, хорошими проводниками электрического тока являются металлы, а у них имеется кристаллическая решетка, чем более плотно устроена эта решетка, тем и электронам сложнее перемещаться из одного места проводника в другое, а следовательно электроны встречают некоторое сопротивление.
Я неспроста сказала сопротивление, именно из этого физического смысла и вытекает понятие электрического сопротивления. Чем сложнее электронам передвигаться по проводнику, тем меньшее их количество в единицу времени будет перемещаться сквозь поперечное сечение и следовательно сила тока также будет меньше.
Давайте выясним, от каких параметров зависит электрическое сопротивление
И последнее, что мы сделаем перед изучением нового материала, это повторим, как правильно собираться электрические цепи по схемам, основные составные части электрической цепи.
4. Этап изучения нового материала
Ребята, зависимость этих трех физических величин друг от друга в 1827 году впервые вывел немецкий ученый Георг Ом. Поэтому и формула носит название его фамилии. Закон Ома.
Рассматривая зависимость друг от друга двух величин, третья должна оставаться постоянной. Мы с Вами сейчас опытным путем подтвердим что сила тока на участке цепи действительно будет увеличиваться при увеличении напряжения, но с учетом того, что сопротивление у нас будет величиной постоянной. (обращаемся к ЦОР).
По графику мы видим, что сила тока увеличивалась ровно настолько же, насколько мы увеличивали напряжение, а значит первое утверждение из закона Ома о том, «что сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка,» ВЕРНО!
Теперь выясним, как же сила тока зависит от сопротивления при постоянном напряжении и прав ли бы Георг Ом в своих суждениях.
По графику мы убедились с Вами «Что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению».
А теперь предлагаю Вам правило треугольника, для более удобного запоминая данной формулы
5. Этап применения нового знания
Приступим к решению задач. От простого к сложному.
Задача №1
Напряжение на зажимах электрического утюга 220(В), сопротивление нагревательного элемента утюга 50 (Ом). Чему равна сила тока в нагревательном элементе? Рассчитайте величину электрического заряда, проходящего через проводник за время 0,5 сек?
Задача №2
Используя данные предыдущей задачи, рассчитайте длину проводника (спирали в нагревательном элементе утюга), если известно, что площадь поперечного сечения проводника S равна 0,8 кв.мм., и проводник выполнен из меди.
Задача №3
Сборник ОГЭ физика 2017. автор ЗОРИН Н. И.
Вариант 6 № 16
Через поперечное сечение проводника прошел заряд, равный 6 Кл, за время, равное 5 минутам. Сопротивление проводника 5 (Ом). Рассчитайте напряжение проводника.
Задача №5
Вариант 9 № 16
Как изменится сила тока в электрической цепи, если площадь поперечного сечения проводника уменьшить вдвое?
6. Рефлексивный этап
Учитель: А сейчас подведем итог нашего урока. Вспомним цели, которые мы ставили перед собой! Как Вы считаете, удалось ли нам их добиться? Тогда давайте ответим на следующие вопросы: Какую взаимозависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи мы раскрыли?
Ученики: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.(слайд)
Учитель: В какой формуле выражена эта взаимозависимость?
Ученики: Взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления выражена законом Ома для участка цепи.
Учитель: Кто впервые установил эту зависимость?
Ученики: Георг Ом (немецкий физик) в 1927 году.
Учитель: А как зависит электрическое сопротивление от длины проводника и площади поперечного сечения?
Ученики:Чем больше длина, тем больше сопротивление, чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление.
Учитель: Замечательно, надеюсь, данное занятие было полезным для Вас и теперь Вы сможете применять полученные знания на практике при решении задач.
Источник: https://rosuchebnik.ru/material/zakon-oma-dlya-uchastka-tsepi-raschet-elektricheskogo-soprotivleniya-provodnika--6374/
Какой прибор измеряет сопротивление в электрической цепи?
Радиоэлектроника для начинающих
Стоит открыть любой учебник по электротехнике и сразу выясняется, что практически все электротехнические величины названы в честь великих физиков прошлого: Вольт, Ампер, Генри, Ом, Фарада, Тесла, Герц. Конечно, обидно, что российских физиков в этом списке нет.
Немецкий физик Георг Ом первый ввёл понятие сопротивления. В его честь единицу измерения сопротивления стали называть «Ом». Эта величина изображается греческой буквой омега – Ω.
Раньше радиоэлементы так и назывались «сопротивление» и лишь много позже в обиход вошло слово резистор. До введения маркировки с помощью цветных полосок все необходимые данные наносились непосредственно на корпус резистора.
В технической литературе можно встретить такие обозначения: килоом и мегаом, что означает соответственно тысяча ом и миллион ом. На принципиальных схемах рядом с обозначением резистора можно встерить надписи: 4К7 – четыре и семь килоома (4,7 кОм) или 1М2 – один и два мегаома (1,2 МОм).
На зарубежных схемах «Ом» пишется как «Ohm».
Для измерения сопротивлений используется прибор, который называется Омметр. Приборы, измеряющие только сопротивление, в радиолюбительской практике обычно не используются. Такие высокоточные приборы применяются на заводах выпускающих резисторы для определения номинала с определённой погрешностью или в научно-исследовательских лабораториях.
Зато все знают такое понятие как тестер или мультиметр. Такие приборы объединяют в себе вольтметр, амперметр и омметр + ещё функционал дополняется возможностью проверки диодов или же измерения температуры. Всё зависит от стоимости и исполнения прибора. Мультиметры бывают стрелочные и цифровые. Каждый из них имеет свои особенности, достоинства и недостатки.
На принципиальных схемах омметр обозначается следующим условным графическим обозначением.
Стоит понимать, что так обозначается прибор целиком. В реальности же омметр также собран из достаточно большого количества радиодеталей, и его принципиальная схема включает в себя немалое количество элементов. Данное условное обозначение применяется в основном для того, чтобы показать, на каком участке схемы и каким прибором необходимо проводить измерение. Вот пример.
Здесь на схеме показано, как нужно замерять сопротивление звуковой катушки динамика. Из схемы видно, что кроме омметра (измерительного прибора) и самого динамика ничего не нужно.
Как уже говорилось, омметр, как правило, входит в состав мультиметра. Исключение составляют только узкоспециализированные и высокоточные приборы для измерения сопротивления. Они стоят довольно дорого и их могут позволить себе только крупные фирмы и исследовательские лаборатории.
Омметр в составе тестера-мультиметра используется как вспомогательный. Прежде всего, им можно проверять исправность транзисторов и диодов, а при небольшом навыке стабилитронов и тиристоров. Омметр незаменим при поиске самых главных неисправностей электронных схем:
- Короткое замыкание, где его быть не должно.
- Обрыв там, где должна быть замкнутая цепь.
Конечно, омметром проверяются обмотки трансформаторов, электродвигателей. Несложно проверить электролитические конденсаторы большой ёмкости, но только на исправность. На утечку проверить электролит не удастся.
О стрелочных измерительных приборах
Стрелочные приборы в настоящее время применяются редко ввиду большой погрешности, ограниченной функциональности и необходимости расчёта результатов показаний. Кроме того, стрелочные приборы время от времени требуют калибровки.
Стоит отметить, что стрелочные омметры устроены проще своих цифровых собратьев. Ранее, ещё до широкого распространения цифровых мультиметров, в ходу у радиолюбителей были так называемые авометры.
Авометр – это стрелочный многофункциональный прибор, который в одном корпусе объединяет три прибора для измерения основных электрических величин: амперметр – измеряет силу тока, вольтметр – измеряет напряжение и омметр – измеряет сопротивление. Как видим, название авометра происходит от названий тех приборов, которые входят в его состав.
Стоит отметить, что для стрелочных приборов, таких как амперметр и вольтметр не нужен источник питания (батарейка), а омметр обязательно требует наличие батареи питания.
Дело тут в том, что стрелочные приборы амперметр и вольтметр измеряют такие величины, как ток и напряжение на рабочих, включенных приборах. И именно поэтому им не нужен свой собственный источник питания, так как энергию для отклонения указательной стрелки они получают от участка схемы, на котором проводится замер электрических величин.
С омметром другая история. Омметр замеряет сопротивление. Но замерить сопротивление участка цепи, которое находиться под рабочим напряжением нельзя. Можно лишь замерить ток и напряжение на участке цепи и с помощью закона ома вычислить сопротивление этого участка. Думаю, с этим понятно.
Поэтому омметр используют лишь в тех случаях, когда нужно измерить сопротивление участка цепи или радиодетали при выключенном рабочем электропитании.
А для того, чтобы определить сопротивление какого-либо участка цепи или радиодетали, нужно пропустить через него пусть и небольшой ток, которого достаточно для отклонения стрелки стрелочного прибора.
Именно поэтому стрелочные вольтметры и амперметры могут работать и без батареи питания, но вот даже стрелочный омметр без батарейки работать не будет.
К недостаткам стрелочных приборов можно отнести достаточно большие габариты, необходимости калибровки, трудоёмкость при считывании показаний. Но, несмотря на это, и у стрелочных приборов есть свои преимущества.
Преимущество стрелочных приборов
Что можно сказать в пользу стрелочных измерительных приборов? А вот что. Как уже говорилось, стрелочный амперметр и вольтметр не нуждаются в источнике питания. Об этом весомом преимуществе вспоминаешь регулярно, когда в цифровом мультиметре наглухо садится батарейка
Современный мультиметр в обязательном порядке требует наличия батареи питания. Она нужна для того, чтобы питать микросхемы контроллера и дисплея, на котором отображаются результаты измерений.
В пользу стрелочных приборов можно отнести и то, что они имеют достаточно простое устройство. Это напрямую сказывается на ремонтопригодности таких приборов. Восстановить работу стрелочного прибора порой не так уж и сложно и дорого, в то время как восстановить современный цифровой мультиметр иногда просто невозможно.
Взглянем на внутренности цифрового мультиметра.
Прибор питается от батарейки типа «Крона» напряжением 9 вольт. Её, предохранитель и контроллер прибора видно при снятой задней стенке. Также видны контактные участки многопозиционного переключателя и другие элементы схемы.
Рассмотрим основные практические измерения с помощью популярного прибора DT-830B. Прибор представляет собой компактный универсальный мультиметр, позволяющий измерять постоянное и переменное напряжение, силу тока и сопротивление. Кроме того на панели прибора есть специальный разъём для проверки коэффициента усиления h21Э (hFE) маломощных транзисторов.
Практическая работа с мультиметром DT-830B
Прежде чем приступать к работе следует твёрдо запомнить одно правило. Независимо от того, что вы собираетесь мерить: ток, напряжение или сопротивление всегда необходимо начинать с максимального предела и поэтапно переходить на более низкие пределы измерения.
Пределы измерения омметра выглядят вот так.
На панели мультиметра DT-830B они ограничены зелёной линией. Прибор имеет 5 пределов измерений:
- 200 — на этом пределе измеряются сопротивления величиной до 200 Ом;
- 2000 — на этом пределе измеряются сопротивления до 2 килоом (2 кОм = 2000 Ом);
- 20k — на этом пределе измеряются сопротивления, величина которых не превышает 20 килоом (20 кОм = 20 000 Ом);
- 200k — предел для измерения сопротивлений до 200 килоом (200 кОм = 200 000 Ом);
- Ну, и наконец, 2000k — предел для измерения сопротивлений до 2 мегаом.
Если вы запутались в килоомах и мегаомах, и не знаете как определить, сколько это будет в омах, то добро пожаловать сюда. Там подробно рассказано о сокращённой записи численных величин.
Когда в режиме измерения сопротивления оба щупа разомкнуты, на индикаторе в старшем разряде высвечивается цифра 1, что означает бесконечно большое сопротивление.
А при замкнутых накоротко щупах на индикаторе высвечиваются три нуля. Это значить, что измерительная цепь коротко замкнута. Иногда самая правая цифра может быть 1 или 2 (на дисплее типа вот так 001 или 002). Это величина погрешности самого прибора. Она настолько незначительна, что ей можно пренебречь.
У профессиональных мультиметров, например В-38, которые используются в лабораториях, имеется потенциометр калибровки, с помощью которого можно установить > 0
Источник: https://1000eletric.com/kakoy-pribor-izmeryaet-soprotivlenie-v-elektricheskoy-tsepi/
Что такое резистор и для чего он нужен в электрической цепи
Один самых часто используемых элементов в электронике – это резистор. Простым языком его называют «сопротивление». С его помощью можно ограничивать ток или измерять его, делить напряжение, создавать цепи обратной связи. Без сопротивлений не обходится ни одна схема. В этой статьи мы расскажем о том, что такое резистор, какой у него принцип работы, а также для чего нужен этот элемент электрической цепи.
Определение
Резистор происходит от английского «resistor» и от латинского «resisto», что в переводе на русский язык звучит как «сопротивляюсь». В русскоязычной литературе наравне со словом «резистор» используют слово «сопротивление». Из названия ясна основная задача этого элемента – оказывать сопротивление электрическому току.
Он относится к группе пассивных элементов, потому что в результате его работы ток может только понижаться, то есть в отличие от активных элементов – пассивные сами по себе не могут усиливать сигнал. Что из второго закона Кирхгофа и закона Ома значит, что при протекании тока на резисторе падает напряжение, величина которого равна величине протекающего тока, умноженного на величину сопротивления. Ниже вы видите, как обозначается сопротивление на схеме:
Условное обозначение на схеме легко запомнить – это прямоугольник, по ГОСТ 2.728-74 его размеры равны 4х10 мм. Существуют варианты обозначений для резисторов разной мощности рассеивания.
Виды
Классификация резисторов происходит по ряду критериев. Если говорить о дискретных компонентах, то по методу монтажа их делят на:
- Выводные. Используются для монтажа сквозь печатную плату. У таких элементов есть выводы, расположенные радиально или аксиально. В народе выводы называют ножками. Этот вид резисторов активно использовался во всех старых устройствах (20 и боле лет назад) – старых телевизорах, приёмниках, в общем везде, и сейчас используется в простых устройствах, а также там, где использование SMD компонентов по какой-то причине затруднено либо невозможно.
- SMD. Это элементы, у которых нет ножек. Выводы для подключения расположены на поверхности корпуса, незначительно выступая над ней. Они монтируются непосредственно на поверхность печатной платы. Преимуществом таких резисторов является простота и дешевизна сборки на автоматизированных линиях, экономия места на печатной плате.
Внешний вид элементов двух типов вы видите на рисунке ниже:
Мы уже знаем, как выглядит этот компонент, теперь следует узнать о классификации по технологии изготовления. Выводные резисторы бывают:
- Проволочными. В качестве резистивного компонента используют проволоку, намотанную на сердечнике, для снижения паразитной индуктивности используют бифилярную намотку. Проволоку выбирают из металла с низким температурным коэффициентом сопротивления и низким удельным сопротивлением.
- Металлопленочные и композитные. Как можно догадаться, здесь в качестве резистивного элемента используют пленки из металлического сплава.
Так как резистор состоит из резистивного материала, в роли последнего может выступать проволока или плёнка с высоким удельным сопротивлением. Что это такое? Такие материалы как:
- манганин;
- константан;
- нихром;
- никелин;
- металлодиэлектрики;
- оксиды металлов;
- углерод и прочие.
Источник: https://www.entehno.ru/chto-takoe-rezistor-i-dlja-chego-on-nuzhen-v-jelektricheskoj-cepi.html
Как обозначаются сопротивления на электросхемах
Стремление к большим познаниям окружающего мира у современного человека вызывает желание к получению полной информации о неизвестном. Вся информация о мире нашем доступна нам никогда не будет, с каким бы напором мы к этому не стремились. Сама природа не хочет этого. Как бы между нами и ней установлено некое сопротивление, изменяющее ход и направление нашего мышления.
Подобные обстоятельства наблюдаются при движении электрического тока по проводнику, которое стремится достигнуть своей цели по пути наименьшего сопротивления с выделением энергии во внешнюю среду или для совершения какой-либо работы. Ограничить движение электрического тока можно, установив на его пути участок электрической цепи, обладающим большим электрическим сопротивлением, нежели вся электрическая цепь в целом.
Электрическое сопротивление характеризует свойство электрического проводника в проводимости электрического тока через себя и напрямую зависит от свойства материала, из которого изготовлено это сопротивление, от приложенного к нему электрического напряжения и геометрической формы самого сопротивления, именуемого в электрике резистором (от от лат. resisto — сопротивляюсь и англ. resistor).
Обратная величина сопротивлению — это электропроводность. Лучшей проводимостью электрического тока пока что обладает золото и платина. Но не весело будет смотреться, к примеру, когда электросистема автомобиля будет начинёна проводами из золота и платины. Наилучшей альтернативой таким материалам являются алюминий и медь.
Какие материалы используют для изготовления резисторов?
В качестве материалов используют сплавы высоко сопротивления, напыление материала на керамическую основу и уголь. Резисторы могут использоваться дискретно, как отдельный элемент, так и в составе интегральных электросхем.
В одном компьютере около нескольких тысяч резисторов и отобразить их все на схеме весьма сложно.
Как отличить резисторы на электросхемах?
Любой тип резистора на схемах отечественных производителей отображается в виде прямоугольника. На некоторых зарубежных схемах в виде зигзагообразной линии. Подключение к схеме указывается линиями, нарисованными от середины сторон прямоугольника.
Если резистор меняет своё сопротивление от воздействия внешних факторов (управление оператором или действие окружающей среды), то на схеме добавляется дополнительная линия или отрезок со стрелкой на конце или без, расположенный к середине прямоугольника или пересекает его.
Но есть ещё резисторы, изменяющие свои характеристики, которые можно использовать для своих целей. Когда в качестве материала для изготовления резистора используют высокотемпературные сплавы и подают на него напряжение, то такой резистор превращается в источник тепла. Как правило, такие элементы всегда проволочные и могут быть открытого и закрытого типа, то есть помещаться внутрь полости, изолирующей его от внешней среды.
Самый широко распространённый подобный элемент — это трубчатый электронагреватель (ТЭН). Используется везде, где требуется получить тепло. Ну, да. Вы догадались. Это бойлер, котёл, плита, чайник и многие другие электронагревательные приборы.
На схемах такие сопротивления обозначаются прямоугольником, разделённым внутри на четыре равные части. Буквенное обозначение термоэлемента всегда одно — EK.
Основными характеристиками резистора являются: указанное на нём величина сопротивления, которая является его номинальным значением; номинальная мощность рассеяния и возможные отклонения действительного значения сопротивления от номинального, указанного на корпусе.
Мощность электрического тока, которую резистор может длительное время выдержать и рассеивать в виде тепла без ущерба для его работы, принято называть мощностью рассеяния и обозначать её в ваттах.
К примеру: резистор с сопротивлением 100 Ом пропускающий через себя электрический ток силой 0,1А, рассеивает мощность в виде тепла около 1Вт. При меньшей расчётной характеристике мощности рассеяния резистора и большем токе, проходящем через него, данный резистор быстро сгорает, то есть электрически недостаточно прочен.
Обозначение мощности на рисунке с резистором наносится непосредственно в значок, отображающий резистор или рядом с ним и выражается в виде римских цифр, за исключением указанной мощности 0,5Вт — поперечная черта, 0,25Вт — одна косая черта, 0,125Вт — две косые черты.
Отклонение действительного сопротивления от номинального выражают в процентах. К примеру: номинал резистора 100Ом с допуском 10% означает, что фактическое — действительное сопротивление может находится в пределах от 90Ом до 110Ом. Чем меньше величина процента указана на корпусе резистора, тем более близка действительная величина сопротивления к указанной.
Как понять какой резистор?
Когда на схеме обозначены два вывода, это значит, что резистор постоянный и рабочее сопротивление его не изменяется в нормальном режиме. А вот третий вывод или пересекаемая линия говорят о переменном, подстроечном или нелинейном сопротивлении (зависит от внешних факторов: свет, влага, температура, магнитное поле, напряжение, освещённость).
Обозначение у каждого типа своё: на рисунке постоянных, переменных и подстроечных резисторов рядом наносится буква R; нелинейные — обозначаются буквой R с добавленным буквенного символом, в зависимости от типа воздействия физического фактора (температура — t, напряжение — u и т.д.). Пример: Ru, Rt. Символ может стоять рядом и может указываться на дополнительной линии, пересекаемой изображение резистора.
Варистор (сопротивление зависит от приложенного напряжения) — Ru.
Термистор (сопротивление зависит от температуры) — Rt.
Фоторезистор (сопротивление зависит от его освещённости) — Rf.
Величина сопротивления резисторов указывается на рисунке рядом с изображением резистора, в изображении или в специальной таблице величин, приложенной к схеме.
Маркировка на корпусе резисторов наносится цифровая или цветовая, которая более удобна при определении всех величин сопротивления.
Скачать программу для определения номинала резистора по цветовым меткам и программу для вывода цветовой маркировки резистора по указанному номиналу сопротивления.
Ваша оценка!
[Всего: 0 В среднем: 0]
Источник: https://vesyolyikarandashik.ru/kak-oboznachajutsja-soprotivlenija-na-jelektroshemah/
Электрическое сопротивление. Определение, единицы измерения, удельное, полное, активное, реактивное
Электрическое сопротивление — электротехническая величина, которая характеризует свойство материала препятствовать протеканию электрического тока. В зависимости от вида материала, сопротивление может стремиться к нулю — быть минимальным (мили/микро омы — проводники, металлы), или быть очень большим (гига омы — изоляция, диэлектрики). Величина обратная электрическому сопротивлению — это проводимость.
Единица измерения электрического сопротивления — Ом. Обозначается буквой R. Зависимость сопротивления от тока и напряжения в замкнутой цепи определяется законом Ома.
Омметр — прибор для прямого измерения сопротивления цепи. В зависимости от диапазона измеряемой величины, подразделяются на гигаомметры (для больших сопротивление — при измерении изоляции), и на микро/милиомметры (для маленьких сопротивлений — при измерении переходных сопротивлений контактов, обмоток двигателей и др.).
Существует большое разнообразие омметров по конструктиву разных производителей, от электромеханических до микроэлектронных. Стоит отметить, что классический омметр измеряет активную часть сопротивления (так называемые омики).
Любое сопротивление (металл или полупроводник) в цепи переменного токаимеет активную и реактивную составляющую. Сумма активного и реактивного сопротивления составляют полное сопротивление цепи переменного тока и вычисляется по формуле:
где, Z — полное сопротивление цепи переменного тока;
R — активное сопротивление цепи переменного тока;
Xc — емкостное реактивное сопротивление цепи переменного тока;
( С- емкость, w — угловая скорость переменного тока)
Xl — индуктивное реактивное сопротивление цепи переменного тока;
( L- индуктивность, w — угловая скорость переменного тока).
Активное сопротивление— это часть полного сопротивления электрической цепи, энергия которого полностью преобразуется в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую). Отличительным свойством активной составляющей — полное потребление всей электроэнергии (в сеть обратно в сеть энергия не возвращается), а реактивное сопротивление возвращает часть энергии обратно в сеть (отрицательное свойство реактивной составляющей).
Физический смысл активного сопротивления
Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.
Таким образом, происходит падение напряжения (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.
Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.
Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.
Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, «дырки» в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.
Физический смысл реактивного сопротивления
В катушках и конденсаторах при подаче напряжения происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.
Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.
Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз напряжения и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Удельное сопротивление
Как узнать сопротивление материала, если по нему не течет ток и у нас нет омметра? Для это существует специальная величина —удельное электрическое сопротивление материалов
(это табличные значения, которые определены опытным путем для большинства металлов). С помощью этого значения и физических величин материала, мы можем вычислить сопротивление по формуле:
где,p— удельное сопротивление (единицы измерения ом*м/мм2);
l — длина проводника (м);
Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/413-elektricheskoe-soprotivlenie.html
Общее сопротивление
> Теория > Общее сопротивление
Расчет электрических цепей представляет собой определение выходных параметров при наличии входных данных и свойств используемых элементов. Изложенный материал предоставит исчерпывающие ответы касательно такого понятия, как сопротивление, особенности его вычисления и применяемые формулы.
Последовательное сопряжение нагрузок
Способы совмещения элементов
Определяющим критерием при трактовке общего сопротивления принято считать способ совмещения резисторов в контуре.
Виды сопряжений:
- Последовательное;
- Параллельное;
- Смешанное.
Особенности расчетов
Стыковку элементов, при которой они следуют один за другим и не создают узловых соединений, принято считать последовательной.
При таком чередовании общее сопротивление цепи представляется в виде сумм всех сопротивлений, входящих в этот контур:
Rсумм.=R1+R2+R3++Rn.
Важно учитывать:
- Сила тока, проходящая через звено, неизменна – I1=I2=I3;
- Общее напряжение, приложенное к схеме, соответствует сумме падений напряжений на каждом из участков – U=U1+U2+U3;
- С увеличением резистивной характеристики изделия увеличивается падение напряжения на нем – U1/U2=R1/R2.
Совмещение резисторов, объединенных друг с другом двумя выводами, принято считать параллельным. Такая стыковка подразумевает, что на каждом участке будет свой индивидуальный электроток. Поскольку его величина обратно пропорциональна сопротивлению устройства, то увеличение количества резистивных нагрузок приведет к уменьшению суммарного импеданса и увеличению проводимости контура.
Формула показывает, как найти общее сопротивление цепи:
1/Rвх=1/R1+1/R2+1/R3.
Важно учитывать:
- Входное напряжение соответствует напряжению на любом из звеньев – U=U1=U2=U3;
- Входной электроток представляет собой сумму электротоков, протекающих через каждый отдельный элемент, который необходимо находить по формуле – I=I1+I2+I3;
- Чем выше характеристика резистора, тем меньше протекающий в нем ток – I1/I2=R2/R1.
Стыковку резисторов, при которой встречаются параллельное и последовательное совмещения нагрузок, принято считать смешанной.
Для вычисления такого общего импеданса нужно:
- Разбить полный контур на участки с исключительно параллельным либо последовательным совмещением;
- Рассчитать сопротивление электрической цепи для каждого такого участка;
- Вычислить полное электросопротивление схемы.
Постулаты Кирхгофа
Важно! Встречаются электрические устройства, на которые не распространяются указанные принципы расчета.
Стыковка резисторов, не являющаяся смешанной
Схемы, имеющие в своем составе несколько блоков питания либо сходные с показанной на иллюстрации выше, просчитывается благодаря законам Кирхгофа. В связи с этим, значительно упрощаются вычисления схемы, в структуре которой находятся разнородные участки.
Первый постулат
Величина токов, поступающих в узел (О), соответствует сумме токов, вытекающих из узла, и представляется в виде выражения:
I1+I2+I3=0, где:
Второй постулат
Общая величина ЭДС, приложенная к схеме, соответствует суммарному падению напряжений на любом из элементов.
В связи с этим вычисление таких схем сводится к решению линейных уравнений. Хотя такие вычисления выходят достаточно громоздкими, однако не оказывают больших затруднений.
Реактивные составляющие нагрузок
Эквивалентное сопротивление
Принципиальным отличием электрических цепей переменного электротока является наличие двух составляющих электросопротивления: активного и реактивного.
Активный импеданс элемента зависит от физических особенностей используемого проводника, а именно сечения провода, удельного импеданса проводника, суммарной длины и температуры. Это свойственно резисторам, соединительным проводникам, трансформаторным обмоткам. Для такого импеданса характерно преобразование энергии электричества в другие необратимые виды энергии (механическую, тепловую, химическую и т.д.).
Поскольку для такой нагрузки характерно фазовое совпадение проходящего I и U, то уместен закон Ома:
R=U/I.
Ключевой особенностью реактивного противодействия есть преобразование энергии переменного электротока в электромагнитную энергию с возможностью обратного действия. Такими свойствами владеют индуктивности и емкости.
Индуктивные свойства характерны, в первую очередь, катушке индуктивности. Электродвижущая сила самоиндукции и есть причина возникновения реактивного противодействия в катушке.
Индуктивное электросопротивление равно:
XL= ωL= 2πfL, где:
- f – частота в герцах,
- L – величина индуктивности катушки.
Исходя из формулы, для катушки свойственен рост реактивного противодействия с увеличением частоты электротока.
Емкостной импеданс обусловлен наличием емкости. Это свойственно конденсатору.
Емкостное сопротивление равно:
Xc=1/ ωC =1/2πfC, где:
- f – частота в герцах,
- C – величина емкости конденсатора.
Соответственно, с увеличением частоты тока емкостное противодействие уменьшается.
Предоставленный материал раскрывает в полной мере вопросы, касающиеся такого понятия, как общее сопротивление устройства, его смысл и поведение в разных условиях.
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/obshhee-soprotivlenie.html
Полное сопротивление электрической цепи
Для расчетов напряжений и токов через элементы электрической цепи нужно знать их общее сопротивление. Источники энергии делятся на два типа:
- постоянного тока (батарейки, выпрямители, аккумуляторы), электродвижущая сила (ЭДС) которых не изменяется во времени;
- переменного тока (бытовые и промышленные сети), ЭДС которых изменяется по синусоидальному закону с определенной частотой.
Активные и реактивные сопротивления
Сопротивление нагрузки бывает активным и реактивным. Активное сопротивление (R) не зависит от частоты сети. Это означает, что ток в нем изменяется синхронно с напряжением. Это то сопротивление, которое мы измеряем мультиметром или тестером.
Обозначение активного сопротивления
Реактивное сопротивление делится на два вида:
— индуктивное (трансформаторы, дроссели);
Обозначение индуктивного сопротивления
— емкостное ( конденсаторы).
Обозначение емкостного сопротивления
Отличительная черта реактивной нагрузки – наличие опережения или отставания тока от напряжения. В емкостной нагрузке ток опережает напряжение, а в индуктивной – отстает от него.
Физически это выглядит так: если разряженный конденсатор подключить к источнику постоянного тока, то в момент включения ток через него максимальный, а напряжение – минимальное. Со временем ток уменьшается, а напряжение — возрастает, пока конденсатор не зарядится.
Если подключить конденсатор к источнику переменного тока, то он будет постоянно перезаряжаться с частотой сети, а ток — увеличиваться раньше, чем напряжение.
Подключив к источнику постоянного тока индуктивность, получим обратный результат: ток через нее будет нарастать некоторое время после подключения напряжения.
Величина реактивного сопротивления зависит от частоты. Емкостное сопротивление:
Угловая частота, связанна с частотой сети f формулой:
Как видно из формулы, при повышении частоты емкость уменьшается.
Индуктивное сопротивление:
| Обозначение | Единица измерения | Наименование |
| С | Фарада (Ф) | емкость |
| ѡ | 1/с | угловая частота |
| f | Герц (Гц) | частота |
| L | Генри (Гн) | индуктивность |
Полное сопротивление электрической цепи переменного тока
В сети переменного тока нет нагрузки только активной или только реактивной. Нагревательный элемент помимо активного содержит индуктивное сопротивление, в электродвигателе индуктивное сопротивление преобладает над активным.
Величину полного сопротивления, учитывающего все активные и реактивные составляющие электрической цепи, подсчитывают по формуле:
Расчет эквивалентного сопротивления элементов цепи
К одному источнику питания может быть подключено несколько сопротивлений. Для вычисления тока нагрузки источника подсчитывают эквивалентное сопротивление нагрузки. В зависимости от соединения элементов между собой, используются два способа.
Последовательное соединение сопротивлений.
В этом случае их величины складываются:
Последовательное соединение двух сопротивлений
Чем больше сопротивлений соединено последовательно, тем больше эквивалентное сопротивление этой цепи. Бытовой пример: если контакт в штепсельной вилке ухудшится, это равносильно подключению последовательно с нагрузкой дополнительного сопротивления. Эквивалентное сопротивление нагрузки вырастет, а ток через нее – уменьшится.
Параллельное соединение сопротивлений.
Формула расчета выглядит намного сложнее:
Случай применения этой формулы для двух параллельно соединенных сопротивлений:
Случай для соединения n одинаковых сопротивлений R:
Чем больше сопротивлений соединить параллельно, тем итоговое сопротивление цепи меньше. Это мы наблюдаем и в повседневной жизни: чем больше к сети подключить потребителей, тем меньше эквивалентное сопротивление и больше ток нагрузки.
Таким образом, расчет полного сопротивления электрической цепи происходит поэтапно:
- Рисуется схема замещения цепи, содержащая активные и реактивные сопротивления.
- Рассчитываются эквивалентные сопротивления отдельно для активной, индуктивной и емкостной составляющих нагрузки.
- Рассчитывается полное сопротивление электрической цепи
- Рассчитываются токи и напряжения в цепи источника питания.
Источник: http://electric-tolk.ru/polnoe-soprotivlenie-elektricheskoj-cepi/
Что такое резистор
Резистор (от латинского «resisto», что означает «сопротивляюсь») – это пассивный элемент электрической цепи, обладающий определённым или переменным значением электрического сопротивления. В отличие от активных элементов, пассивные не имеют возможности управлять потоком электронов.
В народе резисторы называют «резюками» или просто «сопротивление». Резисторы отвечают за линейное преобразование силы тока в напряжение и наоборот, а также для ограничения тока и поглощения электрической энергии.
Резистор является одним из самых популярных компонентов и используется в большинстве электронных устройств.
статьи
Наглядный пример работы резистора
С помощью резистора в электроцепи ограничивают ток, получая нужную его величину. В соответствии с законом Ома, чем больше сопротивление при стабильном напряжении, тем меньше сила тока.
Закон Ома выражается формулой U = I*R, в которой:
- U – напряжение, В;
- I – сила тока, А;
- R – сопротивление, Ом.
Также резисторы работают как:
- преобразователи тока в напряжение и наоборот;
- делители напряжения, это свойство применяется в измерительных аппаратах;
- элементы для снижения или полного удаления радиопомех.
Основные характеристики резисторов
Параметры, которые нужно учитывать при выборе резистора, зависят от характера схемы, в которой он будет использован. К основным характеристикам относятся:
- Номинальное сопротивление. Эта величина измеряется в Ом, 1 кОм (1000 Ом), 1 МОм (1000 кОм), 1 ГОм (1000 МОм).
- Максимальная рассеиваемая мощность — предельная мощность, которую способен рассеивать элемент при долговременном использовании. На схемах номинальную мощность рассеивания указывают только для мощных резюков. Чем выше мощность, тем больше размеры детали.
- Класс точности. Определяет, на сколько фактическая величина сопротивления может отличаться от заявленной.
При необходимости принимают во внимание предельное рабочее напряжение, избыточный шум, устойчивость к температуре и влаге, коэффициент напряжения. Если деталь планируется установить в аппарат, работающий на высоких и сверхвысоких частотах, учитывают паразитную емкость и паразитную индуктивность. Эти величины должны быть минимальными.
Способ монтажа
По технологии монтажа резисторы разделяют на выводные и SMD.
Выводные резисторы
Радиальный выводной резистор
Аксиальный выводной резистор
Предназначены для монтажа сквозь печатную плату. Выводы могут располагаться аксиально и радиально. Такие детали использовались в старой аудио- и видеоаппаратуре. Сейчас они применяются в простых аппаратах и в тех случаях, когда использование SMD-резисторов по каким-либо причинам невозможно.
Выводные резисторы по конструкции бывают проволочными, металлопленочными и композитными.
Из чего состоит резистор проволочного типа
В проволочных резисторах резистивным компонентом является проволока, намотанная на сердечник. Бифилярная намотка (двумя параллельными проводами, изолированными друг от друга, или обычным двужильным проводом) снижает паразитную индуктивность. К концам обмотки присоединяют выводы из многожильной меди или латунных пластин. Для защиты от влаги, механических повреждений и загрязнений, проволочные резюки покрывают неорганической эмалью, устойчивой к повышенным температурам.
Чем отличается металлопленочный резистор от проволочного
У металлопленочного резистора резистивным элементом является не проволока, а пленка из металлосплава. Резистивные компоненты (проволока или пленка) в резисторе изготавливаются из сплавов с высоким удельным сопротивлением: манганина, константана, нихрома, никелина.
SMD-резисторы
Источник: https://www.radioelementy.ru/articles/chto-takoe-rezistor/
Сопротивление электрической цепи
Сопротивление электрической цепи – это величина, которая описывает способность проводника не пропускать электрический ток через себя. Сопротивление электрической цепи равняется напряжению на концах проводника, деленному на силу тока, которая течет по данному проводнику.
Сопротивление электрической цепи переменного тока и переменного электрического поля можно характеризовать с помощью таких понятий, как импеданс и волновое сопротивление. Сопротивление, или резистор – это не только физическое явление, но и радиоэлектронная деталь, которая позволяет создавать активное сопротивление в электрической цепи.
Как правило, сопротивление электрической цепи обозначается буквой R или r. Данную величину принимают за константу в определенных пределах для конкретного проводника. Формула для расчета сопротивления электрической цепи:
R = U/I,
где
R — сопротивление электрической цепи, Ом;
U — разность электрических потенциалов, или напряжение, на концах проводника, В;
I — сила тока, текущего между концами проводника благодаря разности потенциалов, А.
Влияние размера (площади поперечного сечения и длины) проводника и материала, из которого он изготовлен, на сопротивление электрической цепи
В металле роль подвижных переносчиков электрического заряда играют свободные электроны. Они ведут себя таким образом, что их можно считать эквивалентными молекулам в газе, хаотично двигающимся. Обычно в физике свободно движущиеся электроны принимают за электронный газ, это означает, что при первом приближении они подчиняются тем же законам, с помощью которых описывают молекулы в идеальном газе.
Вид металла, который был использован при изготовлении проводника, влияет на плотность электронного газа и строение его кристаллической решетки. Отсюда следует, что и сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен. Также оно зависит от длины проводника, площади его поперечного сечения и температуры.
От величины сечения проводника напрямую зависит сопротивление. Так происходит потому, что поток электронов одинаковой силы при прохождении через меньшее сечение приобретает большую плотность, при этом электроны начинают взаимодействовать с частицами вещества, из которого изготовлен проводник, более активно.
Из формулы
R = (ρ•L)/S,
видно, что сопротивление проводника прямо зависит от его длины и обратно — от площади его поперечного сечения. Удельное сопротивление вещества ρ показывает, как зависит сопротивление проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних факторов. Его величину при необходимости берут из справочных таблиц, у каждого вещества оно различное.
Существует также величина, σ, обратная удельному сопротивлению. Она называется удельной проводимостью.
Сопротивление тела человека
Грань между безопасным и опасным для здоровья человека воздействием электрического тока зафиксирована на значении 1кОм при частоте напряжения тока 50 Гц. Но данную величину никак нельзя назвать сопротивлением человеческого тела.
Сопротивление тела человека зависит от множества факторов и является нелинейным по отношению к приложенному напряжению, а также не омическим. Здесь важны изменения во времени, также нужно учитывать тот факт, что человек при волнении потеет и его сопротивление понижается.
Существуют и другие причины, из-за которых однозначно определить сопротивление тела человека не так просто, как сопротивление электрической цепи.
Заметные повреждения человек получает при прохождении через его тело тока силой от 100 мА и выше. Ток силы 1 мА принят как абсолютно безопасный. Также удельное сопротивление тела человека подвержено влиянию со стороны состояния его кожи.
Если она сухая, то ее сопротивление равно примерно 10000 Ом•м и чтобы достигнуть повреждений, необходимо подать ток с большим напряжением. Если же кожа сырая, то сопротивление сильно понижается и ток напряжением выше 12 В становится опасным.
Удельное сопротивление крови равно 1 Ом•м при 50 Гц.
Источник: https://www.calc.ru/Soprotivleniye-Elektricheskoy-Tsepi.html
