В школе Вы, непременно, проходили, а, если еще как бы нет – непременно будете учить Закон Ома. Он определяет соотношение между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.
Сущность закона такая: порождаемый напряжением ток назад пропорционален сопротивлению, которое ему приходится преодолевать, и прямо пропорционален порождающему напряжению.
Конкретно такое определение содержит учебник по физике. Я же попробую разъяснить этот процесс на примере с водопроводной трубой. Припоминаете, что такая же аналогия использовалась, когда мы гласили о токе? Представьте для себя, что вода – некое подобие электрического тока, образуемого направленным движением электронов в проводнике, а напряжение – аналог давления (напора) воды. Сопротивление – это та сила противодействия среды их движению, которую приходится преодолевать электронам (воде), в итоге выделяется теплота. Конкретно такая модель представлялась Георгу Ому в 1820-е годы, когда он занялся исследованием природы происходящего в электрических цепях. Чем выше давление воды в трубе, тем относительно большая толика энергии расходуется на преодоление сопротивления, так как в трубах усиливается турбулентность потока. Из этого исходил Ом, приступая к опытам по измерению зависимости силы тока от напряжения. Очень скоро выяснилось, что ничего подобного в электрических проводниках не происходит: сопротивление вещества электрическому току совсем не находится в зависимости от приложенного напряжения. В этом, на самом деле, и заключается закон Ома, который (для отдельного участка цепи) записывается так:
I = V/R ,
В этой формуле I – сила тока, V – напряжение, приложенное к участку цепи, а R – электрическое сопротивление участка цепи (см. Рис. 1).
На этой схеме V время от времени именуют электродвижущей силой (ЭДС) , которая делает ток I. Этот ток, протекая по сопротивлениям, делает на них падения напряжения. Так если сопротивлений два, то XJ1 + U2 = ЭДС. При этом XJ1 = IRx, U2 = IR2. В реальных критериях эта схема содержит целых три сопротивления: R (сопротивление участка цепи), внутреннее сопротивление амперметра и внутреннее сопротивление источника тока.
Сейчас мы осознаем, что электрическая проводимость обоснована движением свободных электронов, а сопротивление – столкновением этих электронов с атомами кристаллической решетки. При каждом таком столкновении часть энергии свободного электрона передается атому, который, начинает колебаться более активно, и в итоге мы смотрим нагревание проводника под действием электрического тока. Увеличение напряжения в цепи никак не сказывается на доле теплопотерь такового рода, и соотношение напряжения и электрического тока остается неизменным. Но, когда Георг Ом сформировал свой закон, атомная теория строения вещества находилась в зачаточном состоянии, а до открытия электрона было еще несколько десятилетий. Таким макаром, для него формула I = V/R была чисто экспериментальным результатом. Сейчас мы имеем довольно стройную и сразу сложную теорию электропроводности и осознаем, что закон Ома в его первозданном виде – всего только грубое приближение. Но это не мешает нам с фуррором применять его для расчета самых сложных электрических цепей, применяющихся в индустрии и быту. Так как применить Закон Ома на практике? Возьмем, например, светодиод, который нужно “запитать” от 9 В. Источником питания будет батарейка типа РРЗ, популярная в народе как “Крона” (см. Рис. 2).
Если светодиод подключить в “Кроне” впрямую, он просто сгорит. Светодиод имеет определенное напряжение и силу тока, которая через него может перейти . Почти всегда ток ограничивается несколькими десятками мА (миллиампер) и напряжение 2..4,5 В. Калоритные светодиоды обычно рассчитаны на напряжение 3 В и ток 30 мА, т.е. при данном токе употребления светодиод находится под напряжением 3 В. Поэтому, напряжение на светодиоде находится в зависимости от тока и по Закону Ома, для обычной работы светодиода необходимо подобрать всего только сопротивление (R) в цепи светодиода (см. Рис. 2).
Для начала нужно получить разность напряжения питания цепи от напряжения светодиода: 9 – 3 = 6 В. Переводим ток светодиода в амперы: 30 мА = 0,03 А. И находим сопротивление, поделив приобретенное напряжение на ток светодиода: 6/0,03 = 200 Ом. Отсюда следует, что резистор R в данной цепи обязан иметь сопротивление 200 Ом. Вот так мы применили на практике Закон Ома. Понятное дело, что более сложные цепи просит сложнейших расчетов. Тут мы сделает отступление, дабы лучше выяснить батарейку. Батарейка – источник электричества для автономного питания различных устройств, который делится на солевые, щелочные и литиевые (Рис. 3). Солевые батарейки созданы для применения в устройствах с низким потреблением энергии, к примеру, в пультах дистанционного управления. Щелочные элементы (Alkalin) совершенно подходят для питания настольных часов. Литиевые батарейки обычно имеют напряжение, кратное 3 В, и отыскали использование в компьютерных системных платах (материнских) для сохранения опций BlOSa. Цилиндрические батарейки имеют несколько типов: “AAA” (мизинчиковые), “АА” (пальчиковые) , “С” и “D” . Чем больше размером батарейка, тем большей мощностью она обладает. 3R12 пришла к нам из XX века и сейчас фактически не применяется в устройствах, ведь ее можно составить из 3-х последовательно соединенных полторовольтовых батареек: 1,5В + 1,5В + 1,5В = 4,5В. Старение батареек приводит к хим реакции, которая разрушает корпус источника питания. Потому батарейки текут. Хотя производители и утверждают, что герметизация корпуса стала безупречной, даже дорогие батарейки протекают. Предупредить этот процесс можно повторяющейся проверкой срока годности.
Какие только детали не потребуются для производства электронных схем. Тут и резисторы, и транзисторы, и конденсаторы, и диоды… Из всего контраста деталей нужно избрать по внешнему облику подходящую, расшифровать надпись на ее корпусе, найти выводы и распознать ее на принципной схеме. О том, как это выполнить, и будет поведано дальше. Принципная схема – изображение устройства в виде значков, которые в действительности представляют радиодетали, и связывающих между ними линий (соединений). Вблизи с каждым из таких частей указывают их буквенно-цифровой индекс и номинал . К примеру, прямоугольником обозначают резистор, а надпись вблизи с ним Rl lO kOm расшифровывается так: R – резистор; 1 – его индекс; lO kOm – сопротивление.
Главные законы электротехники
2015-07-16 Теория Один комментарий
Здрасти. Как я и обещал в статье Электричество. Главные понятия , в этой части мы продолжим знакомство с основами электротехники, сейчас разглядим главные электротехнические законы.
Начнем наверняка с основного закона в электротехнике — закона Ома, открытого в 1826 году германским физиком Георгом Омом. Я думаю многие о нем слышали и знают, но я все же напомню:
Сила тока участка электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и назад пропорциональна его сопротивлению.
В виде формулы это смотрится так:
I – сила тока, идущего через участок цепи (измеряется в амперах);
U – напряжение на участке цепи (измеряется в вольтах);
R – сопротивление участка цепи (измеряется в Омах);
Для наилучшего запоминания закона Ома очень комфортно воспользоваться вот таким треугольником:
Для нахождения подходящего значения, закрываем его пальцем и два оставшихся подскажут, как его отыскать. Если значения размещены на этом же уровне, то означает их нужно перемножить. Если значения размещены на разном уровне, то тогда нужно поделить верхний параметр на нижний.
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джоуля — Ленца — это физический закон термического деяния электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцом.
Закон Джоуля — Ленца говорит:
Количество теплоты, выделяемой в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания.
В виде математической формулы это выражение имеет вид:
Q — количество теплоты, выделяемое током (Дж);
I — сила тока, проходящего по проводнику (А);
R — это сопротивление, оказываемое проводником (Ом);
t — время, затрачиваемое на прохождение тока ©;
Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме смотрится так:
Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля
w — мощность выделения тепла в единице объёма;
— плотность электрического тока;
— напряжённость электрического поля;
σ — проводимость среды;
Законы Кирхгофа
Законы Кирхгофа устанавливают соотношения между токами и напряжениями в электрических цепях. Законы Кирхгофа имеют особенное значение в электротехнике из-за собственной универсальности, так как применимы для решения всех электротехнических задач.
1-ый закон Кирхгофа говорит, что алгебраическая сумма токов в любом узле хоть какой цепи равна нулю .
Либо другими словами сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.
Разглядим 1-ый закон Кирхгофа на примере:
Тут I2 и I4 — приходящие токи, а I1 и I3 — вытекающие токи
Тогда по правилу Кирхгофа можно записать:
I1 + I2 — I3 +I4 = 0 либо I2 + I4 = I1+ I3
2-ой закон Кирхгофа говорит, что алгебраическая сумма падений напряжений по хоть какому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура.
Другими словами, при полном обходе контура потенциал, изменяясь, ворачивается к начальному значению. Личным случаем второго правила для цепи, состоящей из 1-го контура, является закон Ома для этой цепи.
При составлении уравнения напряжений для контура необходимо избрать положительное направление обхода контура. При всем этом падение напряжения на ветки считают положительным, если направление обхода данной ветки совпадает с ранее избранным направлением тока ветки, и отрицательным — в неприятном случае.
Правила Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом нраве конфигурации во времени токов и напряжений.
