«Физика — 11 класс»
Активное сопротивление
Сила тока в цепи с резистором
Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и огромным сопротивлением R.
Сопротивление R именуется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.
Эта энергия преобразуется во внутреннюю энергию проводников — они греются.
Напряжение на зажимах цепи изменяется по гармоническому закону:
u = Um cos ωt
Секундное значение силы тока прямо пропорционально моментальному значению напряжения.
По закону Ома секундное значение силы тока:
В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством
Мощность в цепи с резистором
В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение изменяются.
При прохождении тока по проводнику, к примеру по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет изменяться во времени.
Мощность в цепи неизменного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой
Р = I 2 R
Моментальная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой
Р = i 2 R
Cреднее значение мощности за период (используем формулу для моментального значения силы тока и выражение ):
График зависимости моментальной мощности от времени (рис.а):
Согласно графику (рис.б) среднее за период значение cos 2ωt равно нулю, а означает равно нулю 2-ое слагаемое в формуле для среднего значения мощности за период.
Тогда средняя мощность равна:
Действующие значения силы тока и напряжения.
Среднее за период значение квадрата силы тока:
Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, именуется действующим значением силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока обозначается через I:
Действующее значение силы переменного тока равно силе такового неизменного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.
Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично:
Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором в действующих значениях:
В случае электрических колебаний важны общие свойства колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность.
Конкретно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.
Действующие значения конкретно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:
р = I 2 R = UI.
Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.
Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин
Такая страничка «Конденсатор в цепи переменного тока»
Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика
Резистор и сопротивление
Резистор — искусственное «препятствие» для тока. Сопротивление в чистом виде. Резистор ограничивает силу тока, переводя часть электроэнергии в тепло. Сейчас нереально сделать ни одно, сколько-либо функциональное, электронное устройство без резисторов. Они применяются всюду: от компов до систем охраны.
Сопротивление резистора — его основная черта. Основной единицей электрического сопротивления является Ом. На практике применяются также производные единицы — килоом (кОм), мегаом (МОм), гигаом (ГОм), которые связаны с основной единицей следующими соотношениями:
1 кОм = 1000 Ом,
1 МОм = 1000 кОм,
1 ГОм = 1000 МОм
Ниже на рисунке видна маркировка резисторов на схемах:
Наклонные полосы обозначают мощность резистора до 1 Вт. Вертикальные полосы и знаки V и X (римские числа), указывают на мощность резистора в несколько Ватт, в согласовании со значением римской числа.
Для соединения резисторов в схемах применяются три различных метода подключения: параллельное, последовательное и смешанное. Каждый метод обладает персональными свойствами, что позволяет использовать данные элементы в самых различных целях.
Последовательное соединение резисторов
Последовательное соединение резисторов применяется для роста сопротивления. Т.е. когда резисторы соединены последовательно, общее сопротивление приравнивается сумме сопротивлений каждого резистора. К примеру, если резисторы R1 и R2 соединены последовательно, их общее сопротивление высчитывается по формуле:
Это справедливо и для большего количества соединённых последовательно резисторов:
Цепь из последовательно соединённых резисторов будет всегда иметь сопротивление большее, чем у любого резистора из этой цепи.
При последовательном соединении резисторов изменение сопротивления любого резистора из этой цепи влечёт за собой как изменение сопротивления всей цепи так и изменение силы тока в этой цепи.
Мощность при последовательном соединении
При соединении резисторов последовательно электрический ток по очереди проходит через каждое сопротивление. Значение тока в хоть какой точке цепи будет одинаковым. Этот факт определяется при помощи закона Ома. Если сложить все сопротивления, приведенные на схеме, то получится следующий итог:
R = 200 + 100 + 51 + 39 = 390 Ом
Беря во внимание напряжение в цепи, равное 100 В, по закону Ома сила тока будет составлять
I = U/R = 100 В/390 Ом = 0,256 A
На основании приобретенных данных можно высчитать мощность резисторов при последовательном соединении по следующей формуле:
P = I 2 x R = 0,256 2 x 390 = 25,55 Вт
Таким же образом можно высчитать мощность каждого раздельно взятого резистора:
P1 = I 2 x R1 = 0,256 2 x 200 = 13,11 Вт;
P2 = I 2 x R2 = 0,256 2 x 100 = 6,55 Вт;
P3 = I 2 x R3 = 0,256 2 x 51 = 3,34 Вт;
P4 = I 2 x R4 = 0,256 2 x 39 = 2,55 Вт.
Если сложить приобретенные мощности, то общая Р составит:
Робщ = 13,11 + 6,55 + 3,34 + 2,55 = 25,55 Вт
Параллельное соединение резисторов
Параллельное соединение резисторов нужно для уменьшения общего сопротивления и, как вариант, для роста мощности нескольких резисторов по сопоставлению с одним.
Расчет параллельного сопротивления 2-ух параллельно соединённых резисторов R1 и R2 делается по следующей формуле:
Параллельное соединение трёх и поболее резисторов просит более сложной формулы для вычисления общего сопротивления:
Сопротивление параллельно соединённых резисторов будет всегда меньше, чем у любого из этих резисторов.
Параллельное соединение резисторов нередко применяют в случаях, когда нужно сопротивление с большей мощностью. Для этого, обычно, применяют резисторы с одинаковой мощностью и одинаковым сопротивлением. Общая мощность, в таком случае, рассчитывается умножением мощности 1-го резистора на количество параллельно соединённых резисторов.
Мощность при параллельном соединении
При параллельном подключении все начала резисторов соединяются с одним узлом схемы, а концы – с другим. В данном случае происходит разветвление тока, и он начинает протекать по каждому элементу. В согласовании с законом Ома, сила тока будет назад пропорциональна всем присоединенным сопротивлениям, а значение напряжения на всех резисторах будет одним и этим же.
1/R = 1/200 + 1/100 + 1/51 + 1/39 ≈ 0,06024 Ом
R = 1 / 0,06024 ≈ 16,6 Ом
Используя значение напряжения 100 В, по закону Ома рассчитывается сила тока
I = U/R = 100 В x 0,06024 Ом = 6,024 A
Зная силу тока, мощность резисторов, соединенных параллельно, определяется следующим образом
P = I 2 x R = 6,024 2 x 16,6 = 602,3 Вт
Расчет силы тока для каждого резистора осуществляется по формулам:
На примере этих сопротивлений выслеживается закономерность, что с уменьшением сопротивления, сила тока возрастает.
Существует еще одна формула, позволяющая высчитать мощность при параллельном подключении резисторов:
P1 = U 2 /R1 = 100 2 /200 = 50 Вт;
P2 = U 2 /R2 = 100 2 /100 = 100 Вт;
P3 = U 2 2/R3 = 100 2 /51 = 195,9 Вт;
P4 = U 2 2/R4 = 100 2 /39 = 256,4 Вт
Если сложить приобретенные мощности, то общая Р составит:
Робщ = 50 + 100 + 195,9 + 256,4 = 602,3 Вт
Калькулятор
Цветовая маркировка резисторов
Наносить номинал резистора на корпус числами — недешево и непрактично: они получаются очень маленькими. Потому номинал и допуск кодируют цветными полосами. Различные серии резисторов содержат различное количество полос, но принцип расшифровки одинаков. Цвет корпуса резистора может быть бежевым, голубым, белоснежным. Это не играет роли. Если не убеждены в том, что верно прочли полосы, сможете проверить себя при помощи мультиметра либо калькулятора цветовой маркировки.
Калькулятор цветовой маркировки резисторов
Главные свойства
| Сопротивление (номинал) | R | Ом |
| Точность (допуск) | ± | % |
| Мощность | P | Ватт |
Переменный резистор
Переменный резистор — это резистор, у которого электрическое сопротивление между подвижным контактом и выводами резистивного элемента можно изменять механическим методом. Переменные резисторы (их также именуют реостатами либо потенциометрами) созданы для постепенного регулирования силы тока и напряжения. Разница в том, что реостат регулирует силу тока в электрической цепи, а потенциометр — напряжение. Смотрятся переменные резисторы так:
На радиосхемах переменные резисторы обозначаются прямоугольником с пририсованной к их корпусу стрелочкой.
Регулировать величину сопротивления переменных резисторов можно при помощи вращения специальной ручки. Те из резисторов, у каких регулировка сопротивления резистора может осуществляться только при помощи отвертки либо специального ключа-шестигранника, именуются подстроечными переменными резисторами.
Термисторы, варисторы и фоторезисторы
Не считая реостатов и потенциометров есть и другие виды резисторов: термисторы, варисторы и фоторезисторы. Термисторы, в свою очередь, делятся на термисторы и позисторы. Позистор – это термистор, у которого сопротивление увеличивается вкупе с ростом температуры окружающей среды. У термисторов, напротив, чем выше температура вокруг, тем меньше сопротивление. Это свойство обозначают как ТКС – термический коэффициент сопротивления.
Зависимо от ТКС (отрицательный он либо положительный) обозначают на схеме термисторы следующим образом:
Следующий особенный класс резисторов – это варисторы. Они изменяют силу сопротивления зависимо от подаваемого на них напряжения. Зная характеристики варистора, можно додуматься, что таковой резистор защищает электрическую цепь от перенапряжения.
На схемах варисторы обозначаются так:
Зависимо от интенсивности освещения изменяет свое сопротивление очередной вид резисторов – фоторезисторы. При этом не принципиально, каковой источник освещения: искусственный либо естественный. Их особенность к тому же в том, что ток в них протекает как в одном, так и в другом направлении, другими словами еще молвят, что фоторезисторы не имеют p-n перехода.
