Сопротивление в электрической цепи: Электрическая цепь и электрическое сопротивление

Содержание

Электрическая цепь и электрическое сопротивление

Электрической цепью называется путь, по которому проходит электрический ток. Чтобы по электрической цепи проходил ток, она должна быть замкнутой. Простейшая электрическая цепь состоит из трех основных частей: источника электрического тока, приемника (потребителя) электрического тока и системы соединительных проводов с вспомогательными приборами (включатели и переключатели тока, измерительные приборы и т. п.).

В качестве источников электрического тока могут служить: механические — электрические генераторы, в которых механи¬ческая энергия преобразуется в электрическую; химические— гальванические элементы и аккумуляторы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую; тепловые — термоэлементы, преобразующие тепловую энергию в электрическую; лучевые — фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую.

Приемниками электрического тока могут служить электродвигатели, электролампы, электронагревательные приборы и т. п. Часть электрической цепи, состоящая из приемников электрической энергии и соединительных проводов, называется внешней цепью. Токопроводящие пути самого источника электрической энергии называются внутренней цепью.

Если оборвать электрическую цепь на каком-либо участке, то ток по всей цепи прекращается. Замыкание и размыкание цепи осуществляется выключателем или рубильником.

Для измерения величин, характеризующих электрический ток, в цепь могут быть включены измерительные приборы.

Все вещества обладают различной способностью оказывать сопротивление прохождению электрического тока. Эта способность веществ оказывать сопротивление прохождению электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Величина сопротивления измеряется в омах и обозначается буквой R или r. За 1 ом принято сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С.

В практике применяются также единицы электрического сопротивления килоом (1 ком=1000 ом) и мегом (1 Мом=1 000 000 ом).

Величина сопротивления зависит от длины, поперечного сечения и материала, из которого изготовлен проводник. Эта зависимость выражается следующей формулой:

где R — сопротивление проводника, ом;

р — удельное сопротивление материала проводника, ом • мм2/м;

I — длина проводника, м;

S — поперечное сечение проводника, мм2.

Как видно из формулы, чем длиннее проводник и меньше его поперечное сечение, тем больше его сопротивление.

Удельным сопротивлением материала называется сопротивление проводника из данного материала длиной в 1 м и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С. Обычно различные проводники сравниваются по этому показателю. Например, серебро, медь, алюминий обладают небольшим сопротивлением, а такие сплавы, как константан (сплав меди, никеля и марганца), нихром (сплав никеля, хрома, железа, марганца), никелин и другие обладают сопротивлением значительно большим.

Помимо размеров и материала, на сопротивление проводника влияет его температура. Так, почти у всех металлических проводников при повышении температуры сопротивление увеличивается. И только вышеперечисленные сплавы: константан, нихром, никелин и другие практически почти не изменяют своего сопротивления при нагревании и способны выдерживать высокие температуры, благодаря чему эти сплавы и получили широкое применение в электротехнике.

Закон ома. Соединение сопротивлений

Зависимость между величинами, характеризующими электрическую цепь, т.е. силой тока, э. д. с. и сопротивлением, устанавливается законом Ома, который формулируется следующим образом:

сила тока в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Закон Ома выражается формулой:

где I — сила тока, а;
Е — э. д. с. источника электрической энергии, в;
R — сопротивление внешнего участка цепи, ом;
r— сопротивление внутреннего участка цепи, ом.
Эта формула может быть записана и в таком виде:

т. е. электродвижущая сила, создаваемая источником электрической энергии, равна величине тока, умноженной на общее сопротивление цепи, и складывается из двух слагаемых, из которых первое (IR) представляет собой разность потенциалов на зажимах внешнего сопротивления, называется напряжением на зажимах внешней цепи и обозначается через U, а второе слагаемое (Ir) носит название падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Для внешней цепи и для отдельных ее участков закон Ома обычно записывается в следующем виде:

т. е. сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка цепи.

Различные сопротивления в электрическую цепь можно включить последовательно, параллельно и смешанным способом (рис. 159).

Последовательным соединением сопротивлений называют такое соединение, когда конец одного сопротивления соединяют с началом второго, конец второго с началом третьего и т. д., а конец последнего и начало первого сопротивлений подключаются к зажимам источника тока (см. 159, а). Основным свойством последовательного соединения является то, что при таком соединении сила тока во всех сопротивлениях внешней и внутренней цепи одинакова и согласно закону Ома

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех соединенных сопротивлений, т. е.

Напряжение на зажимах источника тока при последовательно соединенных сопротивлениях равно произведению величины тока на сопротивление внешнего участка цепи. Обозначив через U1, U2, U3, U4, напряжения на концах каждого сопротивления, получим:

а следовательно,

Напряжение на полюсах источника тока при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

Параллельным, соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором начала всех сопротивлений соединяются в один общий узел, а концы — в другой.

При этом зажимы источника тока включаются к узлам цепи А и В (рис. 159, б).

Если напряжение между точками А и В равно U, то такое же напряжение будет между началом и концом каждого сопротивления. Тогда для каждого участка цепи по закону Ома можно написать:

т. е. при параллельно соединенных сопротивлениях ток будет больше там, где меньше сопротивление.

Основным свойством параллельного соединения является то, что в каждом разветвлении цепи устанавливается своя сила тока, обратно пропорциональная сопротивлению данного участка цепи.

В точке В ток разветвляется в нескольких направлениях (на несколько ветвей), а в сумме он равен I. Поэтому при параллельном соединении нескольких сопротивлений ток, подведенный к этим сопротивлениям, равен сумме токов во всех сопротивлениях:

Для определения общего сопротивления параллельной цепи пользуются следующим соотношением: общая проводимость (обратная величина сопротивлению) параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных разветвлений цепи, т.

е.

Если в электрической цепи часть сопротивлений включена последовательно, а часть параллельно, то такое соединение называется смешанным. На рис. 159, в сопротивления R 1и R2 соединены последовательно, a R3 и R4 — параллельно.

Похожие статьи

Расчет сопротивления электрической цепи: резисторов

Многие люди, которые изучают электрику, сталкиваются с таким понятием, как расчет сопротивления. Что собой представляет эта величина, в каких единицах измеряется сопротивление проводника, от чего зависит и как его вычислить — далее.

Описание явления

Электрическим сопротивлением называется физическая величина, которая характеризует проводниковое свойство препятствовать электротоку. Она равна напряжению, поделенному на силу тока, которое проходит по проводниковому элементу.

Расчет сопротивляемости

Электросопротивление бывает активным, реактивным и удельным. Активным является часть полного, находящегося в электроцепи. В нем энергия целиком преобразовывается во все энергетические виды. Бывает тепловой, механической и химической. Отличительным свойством является процесс полного потребления всей электрической энергии.

Обратите внимание! Согласно международной системе единиц, измеряется величина в омах, умноженных на метр. В некоторых случаях применяется единица ом, умноженная на миллиметр в квадрате, поделенная на метр. Это обозначение для проводника, имеющего метровую длину и миллиметровую площадь сечения в квадрате.

Определение из учебного пособия

Зачем нужно рассчитывать сопротивление

Рассчитывать сопротивление нужно, чтобы избежать появления короткого замыкания. Резисторы, образующие его, преобразовывают ток в напряжение, ограничивают протекающий электроток и получают заданную величину. Они создают делители напряжения в измерительном оборудовании и решают другие специальные задачи, к примеру, уменьшают радиопомехи.

Рассчитывать сопротивление нужно, чтобы сохранялась работоспособность резисторов и их нормальная регулировочная функция. Если будут находиться в целости резисторы, в которых преобразовывается энергия, то будут работать все электрические приборы.

Защита от короткого замыкания

Факторы влияния

Сопротивляемость зависит от температуры. Она увеличивается, когда повышается столбик термометра. Это поясняется физиками так, что при росте температуры атомные колебания в кристаллической проводниковой решетке повышаются. Это препятствует тому, чтобы свободные электроны двигались. Что касается полупроводников и диэлектриков, то там величина понижается из-за того, что увеличивается структура концентрации зарядных носителей.

Сопротивление у металлических монокристаллов с металлами и сплавами разные. Их вычисления, соответственно, неодинаковые. Значения различаются из-за химической металлической чистоты, способов создания составов и их непостоянства. Также стоит иметь в виду, что значения меняются при изменении температуры. Иногда сопротивляемость падает до нуля. В таком случае явление называется сверхпроводимостью. Под термической обработкой, например, отжигом меди, значение вырастает в 3 раза, несмотря на то, что доля примесей в антикоррозийном и легком составе, как правило, равна не больше 0,1 %.

Зависимость от температуры

Электрические величины

Электрическое сопротивление является физической величиной, которая равна напряжению, поделенному на силу тока. Сила тока в участке цепи является прямо пропорциональной величиной напряжению на окончаниях данного участка и обратно пропорциональной его сопротивляемости. Последнее значение имеет прямую пропорциональность проводниковой длине и обратную пропорциональность площади его сечения. Оно зависит от проводникового вещества.

Обратите внимание! Все представленные свойства сопротивляемости выражены в соответствующих формулах, которые даны ниже.

Формулы нахождения единицы

Тип и геометрические параметры

Бывают резисторы постоянными, переменными, подстрочными по типу сопротивляемости и термическими. Имеют свои геометрические обозначения и параметры. Как правило, первые цифры обозначают материал, вторые — стержневую, дисковую или микромодульную конструкцию, а третьи — порядковый разработочный номер.

Температурные показатели

Каждый резистор, полупроводник и проводник, образующий сопротивляемость, имеет свой температурный коэффициент. Он равен удельной сопротивляемости вещества на единицу времени. Температурный коэффициент проводимости — тот коэффициент, который идет с обратным знаком.

Расчет сопротивления электрической цепи резисторов

Перед тем как рассчитать общее сопротивление электрической цепи, нужно изучить формулу ниже. Также это можно сделать при помощи специального измерительного прибора под названием омметр или мультиметр.

Формулы для расчета

Сопротивление — важный параметр, без которого работа электрооборудования невозможна. Его нужно научиться рассчитывать, чтобы правильно составлять электросхему и не допускать короткого замыкания. Зависит оно, прежде всего, от температуры, что и выражается в формулах измерения.

Формула электрического сопротивления от А до Я

В моей практике много случаев, когда электрик тратит лишнее время на правильный подбор деталей при ремонте оборудования. А решить эту проблему довольно просто: достаточно представлять принцип его работы.

Формула электрического сопротивления, выраженная разными способами для цепей постоянного или переменного тока, позволяет правильно выполнить расчет под исходные данные действующей схемы.

При этом соотношение проходящей через нее мощности, создающей нагрев, должно соответствовать условиям теплоотвода. Выполняя эти требования, вы будете работать быстрее, повысите свой авторитет в глазах окружающих.

Для начинающих электриков я подготовил небольшой теоретический материал про физические процессы, происходящие с электричеством.

Вы же можете сразу перейти к вычислениям, щелкнув по второму подзаголовку из содержания по формулам или третьему через онлайн калькулятор удельного сопротивления.

Содержание статьи

Что надо знать про электрические процессы

Если говорить простым языком, то под сопротивлением принято понимать свойство среды, по которой протекает электрический ток, снижающее его величину.

Так работают провода и изоляторы высоковольтной линии электропередач, показанные на верхней картинке, да и любое вещество.

Изоляторы обладают очень высокими диэлектрическими свойствами, изолируют высоковольтное напряжение, присутствующее на токоведущих шинах от контура земли. Это их основное назначение.

Провода же должны максимально эффективно передавать транслируемые по ним мощности. Их создают так, чтобы они обладали минимальным электрическим сопротивлением, работали с наименьшими потерями энергии на нагрев.

В этом случае передача электричества от источника напряжения к потребителю на любое расстояние будет проходить эффективно.

Приведу для примера картинку из предыдущей моей статьи.

Ее, как и верхнюю, можно представить таким обобщенным видом.

На внешнем участке цепи токоведущие жилы отделены друг от друга воздушной средой и слоем изоляции с высокими диэлектрическими свойствами.

Хорошей проводимостью обладают токоведущие жилы. Подключенный к ним электрический прибор функционирует оптимально.

Как работает резистор

Ток в металлах проходит под действием приложенного напряжения за счет направленного движения электронов. При этом они соударяются, встречаются с положительно и отрицательно заряженными ионами.

Такие столкновения повышают температуру среды, уменьшают силу тока.

За направление электрического тока в электротехнике принято движение заряженных частиц от плюса к минусу. Электроны же движутся от катода к аноду.

Электрическое сопротивление металла зависит от его структуры и геометрических размеров.

Аналогичные процессы протекают в любой другой токопроводящей среде, включая газы или жидкости.

Какие существуют виды сопротивлений

В домашних электрических приборах используется большое разнообразие резисторов с постоянной или регулируемой величиной.

Они ограничивают величину тока всех бытовых устройств, а в наиболее сложных модулях их количество может достигать тысячи или более. Резисторы работают практически во всех схемах.

При использовании в цепях переменного тока они обладают активным сопротивлением, а конденсаторы и дроссели — реактивным.

Причем, на конденсаторах создается емкостное сопротивление, а у дросселей — индуктивное.

Реактивная составляющая на конденсаторах и дросселях сильно зависит от частоты электромагнитного колебания.

2 Шутки электриков о токах через конденсатор и дроссель

Их я привожу потому, что они позволяют запомнить характер прохождения тока через реактивные элементы.

Шутка №1 о емкости

В домашней сети и внутри многих приборов работают переменный и постоянный токи. Они по-разному ведут себя, если встречают на своем пути конденсатор.

Поскольку он состоит из двух токопроводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика, то его обозначают на схемах двумя жирными черточками, расположенными параллельно. К их серединам подключены провода, нарисованные перпендикулярными линиями.

Переменный ток имеет форму гармоничной синусоиды, состоящей из двух симметричных половинок.

Такая гармоника движется от начала координат, встречает на своем пути обкладки, переваливается через них и, скатившись, начинает обгонять приложенное напряжение.

Постоянный ток таким свойством не обладает. Его тупой конец просто упирается в обкладку и останавливается. Пройти через конденсатор он не может. Это для него непреодолимое препятствие.

Шутка №2 о дросселе

Индуктивность выполнена витками изолированного провода. Любой ток проходит по нему. Но синусоида своими волнами путается в витках катушки, начинает отставать от напряжения.

Постоянка же спокойно перемещается внутри провода дросселя без ощущения какого-либо значительного противодействия. Поэтому постоянное напряжение может своим током спалить дроссель, созданный для работы на переменке.

Что же это за зверь: сверхпроводимость

Сто лет назад выявлена способность определенных металлов полностью терять свое сопротивление электрическому току при сверхнизких температурах. Выглядит этот процесс следующим образом.

Со сверхпроводниками домашний мастер не работает. Но на верхнюю часть приведенного графика рекомендую обратить внимание: нагрев металла повышает его электрическое сопротивление.

При электротехнических расчетах, требующих получения точного результата, необходимо учитывать температурный коэффициент, взятый из справочников.

Как просто вычислить сопротивление по закону Ома из электрических величин

Шутки и их разъяснения закончились, хотя они приведены для объяснения поведения токов внутри индуктивностей и емкостей. Пора переходить к расчетам.

Его позволяет выполнить одна из формул, приведенных в шпаргалке электрика. Для этого достаточно знать два из трех электрических параметров: ток I, мощность P или напряжение U.

Если же вам лениво вычислять цифры, то можете спокойно использовать онлайн калькулятор закона Ома. Он избавит вас от сложных арифметических действий.

Формула электрического сопротивления по свойствам среды: научный подход

Электротехника давно использует термин: удельное сопротивление. Он учитывает свойства материала токопроводящей среды с ее размерами: длиной и поперечным сечением, через которое протекает электрический ток.

Все данные для него получены в результате многочисленных исследований и сведены в таблицы. Для бытовых вычислений достаточно следующих сведений.

Таблица характеристик металлов, используемых в быту

Металл проводаУдельное сопротивление (Ом∙мм.кв/м)
Медь техническая0,017
Алюминий0,028
Стальные сплавы0,11
Свинец0,21
Сплавы нихрома1,11

На основе этих данных удобно подбирать провода, детали, вычислять их сопротивление R либо определять другие параметры.

Например, нас интересует сопротивление проволоки нихрома диаметром 1 мм, при температуре 20 градусов.

Определяем площадь поперечного сечения через площадь круга.

S = 3.14 x 1 x 1 / 4 = 0,785 мм кв.

Делаем расчет на основе приведенной формулы.

R = 1,1 х 5 / 0,785 = 7 Ом

Простой онлайн калькулятор сопротивления проводов

Его назначение — облегчить работу с формулами и арифметическими действиями. Он позволяет решать одну из двух часто встречающихся задач:

  • Определение сопротивления провода.
  • Расчет его длины.

Достаточно заполнить исходные данные в соответствующей размерности и нажать кнопку “Рассчитать”.

Формулы расчета электрического сопротивления для переменного тока простыми словами

Переменное напряжение наводится вращением рамки (ротора генератора) в магнитном поле (создается обмоткой или магнитами статора).

Ток потребителя, подключенного к выводам генератора, по-разному ведет себя на резисторе, индуктивности и конденсаторе.

Формула активного сопротивления

Резисторы изготавливают из металлов с повышенными удельными характеристиками для ограничения силы тока без изменения его направления.

Синусоиды токов и напряжений на резисторе совпадают по времени. В векторном выражении они обладают одинаковым направлением.

Активное сопротивление переменному току вычисляется по закону Ома так же, как и при постоянной форме напряжения.

Формула индуктивного сопротивления

В обмотках катушек электромагнитов, дросселей, трансформаторов наводится электродвижущая сила индукции. Она взаимодействует с приложенным переменным напряжением. В результате происходит сдвиг фазы тока относительно направления вращения электромагнитного поля (ротора генератора).

Формула индуктивного сопротивления XL сильно зависит от частоты тока f и индуктивности L.

Ток в такой цепи сдвигается от напряжения и отстает от него на 90 угловых градусов.

Число ∏ в формуле отображает отношение длины окружности к ее диаметру (3,14).

Формула емкостного сопротивления ХС

Конденсатор состоит из двух токопроводящих пластин, отделенных слоем диэлектрика. При появлении на них напряжения они накапливают электрический заряд.

Его энергия постоянно взаимодействует с приложенным переменным напряжением. Поэтому в цепи создается ток, зависящий от частоты электромагнитного сигнала и емкости конденсатора.

Он сдвигается вперед от вектора напряжения по направлению вращения поля.

Формула полного сопротивления

Электротехника, как и сама жизнь, описывает явления, переплетенные между собой, а не в чистом виде.

Электрическая энергия, поступающая к нам в квартиру по проводам и кабелям от трансформаторной подстанции, преодолевает:

  1. активное сопротивление токоведущих шин;
  2. емкость кабельных линий;
  3. индуктивное противодействие обмоток трансформаторов.

Поэтому для расчетов применяют метод полного сопротивления, выражаемый законом прямоугольного треугольника.

Каждая его сторона отображает определенную характеристику сопротивления:

  • гипотенуза — суммарную, полную величину Z:
  • прилегающий катет — активную составляющую R;
  • противолежащий — реактивную X, представленную геометрической суммой емкостного XL и индуктивного сопротивления XC.

Точно так же каждая сторона этого треугольника создает определенную величину затраченной мощности электрической энергии.

На активном участке создается мощность, совершающая полезную для нас работу, обеспечивающую вращение роторов электродвигателей, свечение осветительных приборов, нагрев обогревателей и другие нужные действия.

Полная мощность, расходуемая всеми видами потребителей, состоит из полезной активной и потерь, создающих индуктивными и емкостными составляющими. Они снижают эффективность работы электрической системы. Поэтому с ними борются.

Запомнить роль реактивной мощности помогает простая и наглядная картинка, естественно, выраженная в шутливой форме.

Однако стоит понимать, что угол φ, образованный между гипотенузой и прилегающим к нему катетом, характеризует величину реактивной части, создающей бесполезные потери энергии. Ее всегда стремятся снизить.

Что такое вольтамперная характеристика

Металлы в обычном состоянии формируют электрический ток строго по прямолинейной характеристике в зависимости от величины приложенного напряжения.

У других сложных веществ и индуктивностей этот принцип не соблюдается. Зависимость выражается кривыми линиями и называется вольтамперной характеристикой.

ВАХ индуктивностей

Характер протекания тока зависит от величины индуктивности. Если в рабочей обмотке возникает пробой изоляции, приводящий к образованию короткозамкнутого витка, то вольтамперная характеристика резко изменяет свой вид: падает.

За счет уменьшения индуктивного сопротивления при меньшем значении величины приложенного напряжения в обмотке начинают протекать бОльшие токи.

Они свидетельствуют о возникновении неисправности, требующей немедленного устранения. Поэтому снятие ВАХ является обязательным элементом проверки исправности обмоток всех видов трансформаторов или дросселей.

Она выполняется различными методами с определением состояния точки перегиба характеристики.

ВАХ полупроводникового прибора

На правой картинке показан один из примеров работы нелинейного элемента — диода.

В первой четверти квадранта проходит прямой участок характеристики, а у третьей — обратный.

На прямом участке повышение напряжения выше точки перегиба ведет к открытию переходного полупроводникового слоя и пропусканию через него тока практически по прямой линейной характеристике.

Такие же действия на обратном участке ведут к потере диодом своих свойств.

Закон Шварцнегера или как надо обеспечивать надежную работу резистора под нагрузкой

Знаменитый на весь мир атлет Арнольд постоянно тренировался по методике нашего советского силача Юрия Власова. Он брал его опыт за основу и даже приезжал в Россию погостить к своему кумиру.

В основе метода постоянных результативных тренировок положен принцип не столько полноценного питания и отдыха, сколько подбор правильных нагрузок, которые должен преодолевать организм.

Все это полностью соответствует законам электротехники, применяется в работе любого электрического сопротивления. Рассмотрим его на примере резистора: так проще для понимания.

Его металл не только пропускает электрический ток, но и нагревается, выделяя тепло. Нагрев увеличивается с повышением тока. При этом температура может снижаться за счет теплоотвода в окружающую среду или увеличиваться в герметичном, не теплопроводящем объеме.

Так работает электропроводка, выполненная одним и тем же кабелем, проложенным открыто по стенам или спрятанным в штробах.

В первом случае от нагревающегося током кабеля тепло отводится в окружающий воздух за счет его естественной циркуляции, а во втором нагрев идет более интенсивно.

Однако повышать температуру жил можно только до определенной величины. За ее рабочим диапазоном вначале происходит разрушение слоя изоляции, а потом — простое перегорание металла, когда проводка сгорает.

На этом примере я попытался показать, что любой резистор обладает запасом тепловой мощности, за который его нельзя переводить.

Для облегчения работы электриков всем видам резисторов введен термин мощности теплового рассеивания. Она указывается в технической документации или прямо на корпусе, измеряется ваттами. Ее же показывают на электрических схемах.

Как выбрать резистор по тепловой нагрузке за 2 шага

Действуют по следующему алгоритму:

  1. Вначале определяют мощность, которая будет проходить через искомый резистор. Достаточно перемножить величину номинального тока на напряжение, выразить полученное значение в ваттах.
  2. Под эту величину из всего многообразия элементов подбирают тот, который соответствует по значению сопротивления и обладает мощностью теплового рассеивания не меньшего номинала.

Желательно брать его с небольшим резервом. Он не будет лишним для работы в критических ситуациях электрической схемы, но повлияет на габариты устройства.

Полезные примеры из жизни

Как продлить ресурс лампы накаливания

В пожарном депо Ливермоля (Калифорния) зарегистрирован рекорд рабочего режима осветительной лампы: 117 лет. Она практически непрерывно выполняет свою задачу с 1901 года по настоящее время.

Такой ресурс обеспечен за счет:

  • правильного выбора сопротивления, ограничивающего ток через нить накала и создания экономного режима освещения;
  • беспрерывной работы, исключающей переходные процессы при включениях/выключениях, сопровождаемые бросками токов;
  • надежной конструкции.

Как регулировать токи от 100 ампер в силовой цепи

Этот случай я привожу не для повторения, а с целью расширения кругозора и лучшего уяснения процессов, происходящих в электричестве.

Ни один обычный резистор не способен длительно выдерживать токи такой величины. Он просто сгорит. Однако при наладке промышленных генераторов требуется иметь устройство, справляющееся с подобными мощностями.

Это водяной реостат, состоящий из металлического корпуса — ведра прямоугольной формы, служащего одним из контактов для подключения провода от нагрузки.

Второй контакт составляет металлический нож, подключаемый через изоляторы.

Внутрь ведра наливают воду и засыпают соль: создают электролит, хорошо проводящий большие токи.

Перемещение ножа в электролите меняет сопротивление среды и обеспечивает регулировку высоких токов. Проводимость можно изменять концентрацией соли в растворе.

Напоминаю: подобное устройство нельзя использовать в бытовых цепях: оно не отвечает требованиям безопасности.

Таким образом, под каждый конкретный случай расчета используется своя формула электрического сопротивления, которой следует внимательно пользоваться. Исключить ошибки в расчетах помогает специализированный онлайн калькулятор.

По этой теме рекомендую посмотреть видеоролик Владимира Романова.

Если хотите задать вопрос или дополнить информацию, то воспользуйтесь разделом комментариев.

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, пропорционально активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Похожие темы:

Определение электрического сопротивления - Химический словарь

Что такое сопротивление?

Электрическое сопротивление - это противодействие протеканию тока в электрической цепи: сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую, и в этом отношении аналогично механическому трению. Считается, что сопротивления рассеивают электрическую энергию в виде тепла.


Источник сопротивления

Металлы можно рассматривать как решетку положительно заряженных ионов металлов, окруженную «морем» мобильных электронов, не связанных с каким-либо конкретным ядром металла.Эти электроны описываются как занимающие зону проводимости металла.

Когда разность потенциалов - другими словами, напряжение - прикладывается к металлу в цепи, это вызывает чистое движение электронов в зоне проводимости металла.

Движению электронов препятствует вибрация атомов в металлической решетке, которая вызывает потерю части электрической энергии электрического тока - это сопротивление. Поскольку колебания решетки увеличиваются при повышении температуры, сопротивление металлов также увеличивается при повышении температуры.

Проводники и изоляторы

Электрические проводники, например, металлы, имеют низкое сопротивление. Идеальный проводник имел бы нулевое сопротивление.

Электрические изоляторы обладают очень высоким сопротивлением. Идеальный изолятор имел бы бесконечное сопротивление: он не будет рассеивать энергию, потому что через него не может протекать ток.

Нулевое сопротивление

При очень низких температурах сопротивление некоторых металлов и материалов падает до нуля: ток течет без рассеивания электрической энергии в виде тепла.Это явление называется сверхпроводимостью.

Закон Ома

Для многих материалов электрическое сопротивление R определяется законом Ома:

R = V / I

где V - напряжение в вольтах, I - ток в амперах. Единицей измерения сопротивления является ом, символ Ω.

Например, если к устройству приложено напряжение 9,0 В, а измеренный ток равен 2,0 А, тогда значение сопротивления составит 4,5 Ом.

Материалы, которые подчиняются закону Ома, называются омическими резисторами.В общем, металлы являются омическими резисторами, а металлоидные полупроводники - нет.

Использование сопротивления

В реальном мире электрическое сопротивление можно использовать в потребительских устройствах, таких как чайники, электрические тостеры и погружные нагреватели, для преобразования электрической энергии в тепло.

Выходная электрическая мощность резистора определяется умножением (тока через него) на x (напряжения на нем).

P = I V

где P - мощность в ваттах, I - ток в амперах, а V - напряжение в вольтах.

Сопротивление против импеданса

Сопротивление идеального резистора не зависит от частоты электричества. Если отношение напряжения к току изменяется с частотой, то противодействие току описывается как импеданс, а не сопротивление.


Сопротивление | электроника | Britannica

Узнайте, как сопротивление влияет на поток электронов в электрической цепи.

В каждой электрической цепи есть некоторое сопротивление потоку электрического тока, даже в материалах, которые являются хорошими проводниками.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Сопротивление , в электричестве, свойство электрической цепи или части цепи, которая преобразует электрическую энергию в тепловую энергию в противодействии электрическому току. Сопротивление включает столкновения заряженных частиц с током с неподвижными частицами, составляющими структуру проводников. Сопротивление часто считается локализованным в таких устройствах, как лампы, нагреватели и резисторы, в которых оно преобладает, хотя оно характерно для каждой части цепи, включая соединительные провода и линии электропередачи.

Рассеивание электрической энергии в виде тепла, даже если оно небольшое, влияет на величину электродвижущей силы или управляющего напряжения, необходимого для создания заданного тока в цепи. Фактически, электродвижущая сила В, (измеренная в вольтах) в цепи, деленная на ток I (амперы), протекающий через эту цепь, количественно определяет величину электрического сопротивления R. Точнее, R = В / I. Таким образом, если 12-вольтовая батарея постоянно пропускает двухамперный ток по длине провода, провод имеет сопротивление шесть вольт на ампер или шесть Ом.Ом - это общепринятая единица измерения электрического сопротивления, эквивалентная одному вольту на ампер и обозначаемая заглавной греческой буквой омега, Ом. Сопротивление провода прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально его площади поперечного сечения. Сопротивление также зависит от материала проводника. См. Удельное сопротивление .

Сопротивление проводника или элемента схемы обычно увеличивается с повышением температуры. При охлаждении до чрезвычайно низких температур некоторые проводники имеют нулевое сопротивление.Токи продолжают течь в этих веществах, называемых сверхпроводниками, после снятия приложенной электродвижущей силы.

Величина, обратная сопротивлению, 1/ R, , называется проводимостью и выражается в единицах обратного сопротивления, называемых mho.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Электрическое сопротивление | IamTechnical.com

Если электрический ток течет по проводнику, свободные носители заряда (свободные электроны) перемещаются между атомами атомной решетки.При этом часто происходят столкновения, которые отклоняют свободные электроны и замедляют их движение. Таким образом, проводник оказывает сопротивление электрическому току, которое должно преодолеваться напряжением. На следующем рисунке показано, как электроны движутся по проводнику.

Анимация ниже дает дополнительную иллюстрацию этого процесса.

Провод с низким сопротивлением лучше проводит электрический ток, тогда как провод с более высоким сопротивлением не так хорошо проводит ток.Единица электрического сопротивления названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома . Все следующие утверждения верны:

Электрическое сопротивление (обозначение R ) выражается в единицах Ом (обозначение единиц W).

Сопротивление равно так называемой проводимости :

Электропроводность (обозначается G ) определяется единицей измерения Сименс (обозначение единицы S).

Таким образом, верно следующее:

Единица измерения проводимости возникла у немецкого инженера Вернера фон Сименса . Материал с низким сопротивлением имеет высокую проводимость и наоборот. Непроводники или изоляторы имеют чрезвычайно высокое сопротивление.

Каждый проводник и каждая нагрузка имеют электрическое сопротивление. Как правило, сопротивление в соединительных проводниках нежелательно. Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он сделан, его длины l и его поперечного сечения (площадь A, ).Применяется следующее уравнение:

Константа материала r определяет так называемое удельное сопротивление материала проводника и имеет единицы измерения W мм 2 / м, l - длина проводника в метрах и A - поперечное сечение проводника в квадрате. миллиметры. Удельное сопротивление серебра, например, составляет 0,0167 Вт · мм 2 / м, меди 0,0178 Вт · мм 2 / м.

Из приведенного выше уравнения можно сделать следующие качественные выводы:

Сопротивление проводника тем выше, чем выше удельное сопротивление проводника.Оно также увеличивается пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его поперечному сечению.

Кроме того, сопротивление проводника также зависит от температуры . Позже мы рассмотрим этот фактор более подробно.

Сопротивление

: закон Ома. Что такое электрическое сопротивление?

Что такое электрическое сопротивление?

Когда электроны проходят через лампочку или другой проводник, проводник действительно создает препятствие для тока.Это препятствие называется электрическим сопротивлением .

  • Чем длиннее проводник, тем выше сопротивление.
  • Чем меньше площадь, тем выше сопротивление

Каждый материал имеет электрическое сопротивление, и это причина того, что проводник выделяет тепло, когда через него проходит ток.

Сопротивление - это мера того, насколько объект препятствует прохождению электронов. Единицей измерения электрического сопротивления является ом, который представлен как Ω

.

У каждого материала есть сопротивление.Медь имеет низкое сопротивление, а древесина - высокое. Например, метр меди имеет сопротивление всего 1 Ом, а метр дерева имеет сопротивление 10 000 000 Ом

Нам нужно сопротивление, чтобы уменьшить поток электронов через цепь, поэтому мы можем построить резисторы, которые будут вести себя как электрическое сопротивление. Справа резистор, используемый в электронной промышленности.

Считывание значений резистора

Сопротивление резисторов указывается с помощью цветных полос на корпусе резистора.Первые три цветные полосы указывают номинал резистора в Ом. Первая полоса сообщает нам первую цифру, вторая полоса сообщает нам вторую цифру, а третья полоса сообщает нам количество нулей

Примеры:

A) Если первая полоса зеленая (5), вторая цифра - синяя (6), а третья полоса - оранжевая (3), сопротивление резистора составляет 56000 Ом. Поскольку 1000 Ом = 1 К, получаем 56 кОм

Б) красный, красный, желтый. Итак, у нас 2, 2, 0000 или 220.000 Ом

Упражнения

1.Какие номиналы резисторов обозначены следующими цветными полосами? (A) красный, черный, красный (B) серый, красный, оранжевый (C) оранжевый, белый, синий (D) зеленый, белый, черный 2. Каковы цветовые коды для следующих значений сопротивления? (A) 2,2 кОм (B) 270 (C) 56 кОм 3. Каковы максимальные и минимальные значения резистора следующих цветов: красный, оранжевый, коричневый с золотой полосой допуска

Проектирование резисторной сети. Резисторы последовательно.

Иногда вам нужен резистор определенного типа, но у вас его нет под рукой или его просто нет. К счастью, можно использовать несколько разных резисторов в комбинации, чтобы получить практически любой уровень сопротивления, например, если у вас есть 2 резистора по 20 Ом и вам нужен резистор на 40 Ом, просто сложите их последовательно вместе, так что Rt = R1 + R2 + ……… (Последовательный) .

На рисунке вы видите три резистора, но на этот раз они подключены параллельно. Каждый электрон будет проходить через один из трех резисторов. Эти три резистора имеют эквивалентный резистор:

.

1 / Rt = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

Хорошо, но почему?

Давайте проведем аналогию с дорожным движением и поговорим об электронах как об автомобилях.Это изображение трех возможных ситуаций взимания платы за проезд на автомагистрали.
1º В первом случае у нас односторонний путь. Во-первых, кондуктор, низкое сопротивление и жидкий трафик. Позже, резистор включен последовательно с проводом, так что это узкое место, через которое электронам трудно перемещаться. Позже проводник снова с электронами движется лучше.
2º. Во втором случае мы добавляем два резистора последовательно, поэтому общее сопротивление будет увеличиваться, следовательно, меньше электронов будет течь в проводнике.
3º Совершенно очевидно, что добавление резисторов параллельно имело бы общий эффект «построения трехкомпонентной схемы». полосная автомагистраль », уменьшая общее сопротивление и увеличивая общую скорость потока автомобилей (поток электронов) вдоль провода.В случае добавления дополнительных резисторов параллельно создается меньшее общее сопротивление.

В батарее химическая энергия преобразуется в электрическую. Электрические заряды приобретают электрический потенциал и кинетическую энергию, проходя через аккумулятор.

Средняя кинетическая энергия движущихся зарядов остается прежней. Потерянная потенциальная энергия преобразуется в тепло по мере движения зарядов по цепи.

Запомните некоторые важные концепции

1ºЭлектричество - это движение электронов через материал. Электрон течет, как водяной ток в ручье, поэтому мы называем это электрическим током. Ток (I) - это количество электронов, которые проходят через провод за секунду. Ток измеряется в Amp

Вам нужно что-то для передачи энергии электронам. Вам нужен аккумулятор, и его мощность называется напряжением. Чем выше напряжение, тем больше мощности для движения электронов в цепи. Напряжение (В): «давление или энергия», заставляющая электроны перемещаться по контурам. Батарея обеспечивает «давление».”Сопротивление (R) - это сила, противодействующая току, например, от лампочки. Сопротивление измеряется в Ом (Ом)

Закон Ома

Существует связь между напряжением, током и сопротивлением. Ток в цепи (ампер) прямо пропорционален приложенной разности потенциалов (вольт) и обратно пропорционален сопротивлению цепи (сопротивлению). I = v / r

Пример:

I = v / r Батарея на девять вольт обеспечивает питание лампы с сопротивлением 18 Ом. Сколько тока проходит через лампочку? Решение: подставьте значения для V (напряжение) и R (сопротивление).

Упражнений:

1º Настенная розетка на 110 вольт обеспечивает питание телевизора с сопротивлением 2200 Ом. Сколько тока проходит через телевизор? 2º Через проигрыватель компакт-дисков с сопротивлением 40 Ом протекает ток 0,1 А. Подсчитайте, сколько вольт питает проигрыватель компакт-дисков.

Выберите свой ответ: a) 10,0 вольт b) 0,0025 вольт c) 400,0 вольт и d) 4.0 вольт

3º В этой цепи рассчитайте:

а) полное сопротивление в цепи

б) полный ток, протекающий в точке А

c) Ток в R1 и R2

г) Напряжение в R1 и R2

4º В этой цепи резисторы включены параллельно:

Вычислить:

А) общее сопротивление в цепи

B) общий ток, протекающий в точке B, и ток в точках C и D

C) напряжение на R1 и R2

& nb

PPT - ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

  • Электрическое сопротивление: это свойство вещества, которое препятствует движению и преобразует электрическую энергию в другие формы энергии. Например, сопротивление нити накала вольфрамовой проволоки в лампочке более чем в 400 раз превышает сопротивление медных соединительных проводов. Когда ток протекает через высокоомную нить накала лампочки, нить накала преобразует большую часть энергии, переносимой током, в свет и тепло.

  • Провода с высоким сопротивлением используются в приборах для преобразования электрической энергии в тепловую.

  • Внешний вид стеклянной колбы • Инертный газ низкого давления (аргон, азот, криптон, ксенон) • Вольфрамовая нить • Контакт провод (выходит из стержня) • Контактный провод (входит в стержень) • Опорные провода (один конец заделан в стержень; ток отсутствует) • Стержень (опора для стекла) • Контактный провод (выходит из стержня) • Колпачок (втулка) • Изоляция (витрит) • Электрический контакт

  • TV O Видео сопротивления (9 мин.) • https://www.youtube.com/watch?v=YGvu9iqjJq4

  • Закон Ома • Для большинства проводов отношение разности потенциалов (В) к току (А) является постоянным. • Константа равна называется сопротивлением (R) • Ом: один Ом - это сопротивление проводника, по которому протекает ток в один ампер при приложении разности потенциалов в один вольт.

  • Математическая формула электрического сопротивления В R A

  • Чем больше сопротивление в цепи, тем меньше ток .

  • Символ для Ом

  • Резистор предназначен для сопротивления потоку электронов.

  • Цветные полосы на резисторах указывают на их сопротивление

  • Омические проводники • Любой резистор, имеющий постоянное сопротивление независимо от разности потенциалов, называется омическим, потому что он соответствует закону Ома • Примеры: медь, железо и серебряные провода при нормальной температуре

  • График сопротивления • Если вы нанесете разность потенциалов на вертикальную ось, а ток - на горизонтальную ось и соедините точки, то получится прямая линия. • Наклон линии - это сопротивление. • Чем круче уклон, тем больше сопротивление.

  • Закон Ома: наклон - это сопротивление

  • Неомические проводники • Лампа накаливания не омическая, поскольку ее сопротивление увеличивается с температурой.

  • Факторы, влияющие на сопротивление a Проволока • Тип материала: например, медь менее стойкая, чем кремний

  • Длина провода: чем длиннее провод, тем больше сопротивление

  • Диаметр провода: тем больше диаметр, тем меньше сопротивление

  • Температура провода: чем выше температура, тем больше сопротивление • Можете ли вы объяснить это с помощью теории частиц?

  • Молекулы хороших проводников имеют меньшее сопротивление потоку электронов • Молекулы плохих проводников имеют большее сопротивление потоку электронов.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *