Реактивная составляющая сопротивления: Активное и реактивное сопротивления

Реактивное сопротивление – что это?

Рубрики

• Автомобили
• Бизнес
• Дом и семья
• Домашний уют
• Духовное развитие
• Еда и напитки
• Закон
• Здоровье
• Интернет
• Искусство и развлечения
• Карьера
• Компьютеры
• Красота
• Маркетинг
• Мода
• Новости и общество
• Образование
• Отношения
• Публикации и написание статей
• Путешествия
• Реклама
• Самосовершенствование
• Спорт и Фитнес
• Технологии
• Финансы
• Хобби
• О проекте
• Реклама на сайте
• Условия
• Конфиденциальность
• Вопросы и ответы

FB

Войти «Милый парень»: что актеры «Темного рыцаря» сказали про Хита Леджера

Режим гармонических колебаний. Частотные характеристики

Для любой сложной цепи с постоянными параметрами при синусоидальном напряжении на ее входных зажимах общий входной ток цепи будет также синусоидальным и в общем случае сдвинут по отношению к напряжению на угол φ.

Рассматривая всю цепь в целом как двухполюсник и не интересуясь ее внутренним строением, можно характеризовать ее некоторыми эквивалентными параметрами. На рис. 1.16 эта двухполюсная цепь изображена в виде прямоугольника.

Рис. 1.16. Двухполюсные цепи

Назовем эквивалентным полным сопротивлением всей цепи отношение действующих напряжения и тока на входе цепи:

                                                                   (1.31)

Оно может быть измерено с помощью вольтметра и амперметра.

Эквивалентное активное сопротивление всей цепиопределим как отношение активной мощности на зажимах цепи к квадрату действующего тока:

                                                                 (1.32)

Эквивалентное реактивное сопротивление всей цепиопределим так, чтобы сохранилась связь  которая имела место для рассмотренных выше простейших цепей, т.е.

                                                          (1.33)

причем знак «плюс» ставим, если φ > 0, и знак «минус», если φ < 0. Для определения знака угла φ нужно располагать фазометром, или можно, например, по­ступить следующим образом: включив последовательно с цепью катушку, имеющую индуктивное сопротивление, меньшее абсолютного значения  рассматриваемой цепи, повторно произвести измерение величин

Что такое активное и реактивное сопротивления? Запишите математические выражения для них.


⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Активное сопротивление препятствует портеканию тока, в результате чего энергия протекающих через него частиц падает и идёт на совершение работы, обычно это нагрев проводника. Иными словами энергия, выделяемая на активном сопротивлении, безвозвратно покидает систему, затрачивая энергию источника тока. С реактивным сложнее-энергия, выделяемая на реактивном сопротивлении, запасается в электрическом или магнитном поле вокруг проводника, а потом возвращается в сеть, не совершая никакой работы. Оно проявляется ТОЛЬКО при изменении протекающего тока или приложенного напряжения, и зависит от скорости этого изменения. Суть в том, что напряжение на ёмкости и ток, протекающий через катушку, не может меняется мгновенно, из-за запасения энергии происходит задержка, ток и напряжение работают не синфазно, а со сдвигом. Фактически, идеальный реактивный элемент не тратит энергии от источника, всё,что он запасёт, он отдаст обратно в сеть, но из-за сдвига создаёт некоторое сопротивление протекающему току, если тот меняется, не тратя его энергию.

На активном сопротивлении происходит преобразование энергии электрического тока в тепловую энергию и разогрев проводника.
На реактивном — преобразование энергии тока в энергию магнитного поля и обратно. Разогрева не происходит.

Электрического сопротивле­ние — величина, характеризующая противодействие элемента электрической цепи электрическому току. Сопро­тивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии. В цепях переменного тока различают необратимое преобразование энергии и обмен энергией

между элементами электрической цепи. При необратимо преобразовании электрической энер­гии в другие виды энергии сопротивление элемента, на котором эти преобразования происходят, называется активным, а в случае обмена энергией между источ­ником и элементом цепи — реактивным сопротив­лением.

 

В электрической цепи переменного токасуществует два вида сопротивлений:активное и реактивное. Это является существенным отличием от цепей постоянного тока.

Активное сопротивление

При прохождении тока через элементы, имеющие активное сопротивление, потери выделяющейся мощности необратимы. Примером может служить резистор, выделяющееся на нем тепло, обратно в электрическую энергию не превращается. Кроме резистора активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя.

Отличительной чертой элементов имеющих чисто активное сопротивление – это совпадение по фазе тока и напряжения, поэтому вычислить его можно по формуле

Активное сопротивление зависит от физических параметров проводника, таких как материал, площадь сечения, длина, температура.

Реактивное сопротивление

При прохождении переменного тока через реактивные элементы возникает реактивноесопротивление. Оно обусловлено в первую очередь ёмкостями и индуктивностями.

Индуктивностью в цепи переменного тока обладает катушка индуктивности, причём в идеальном случае, активным сопротивлением её обмотки пренебрегают.

Реактивное сопротивление катушки переменному току создаётся благодаря её ЭДС самоиндукции. Причем с ростом частоты тока, сопротивление также растёт.

Реактивное сопротивление катушки зависит от частоты тока и индуктивности катушки

Конденсатор обладает реактивным сопротивлением благодаря своей ёмкости. Его сопротивление с увеличением частоты тока уменьшается, что позволяет его активно использовать в электронике в качестве шунта переменной составляющей тока.

Сопротивление конденсатора можно рассчитать по формуле

Треугольник сопротивлений

Цепи переменного тока обладают полным сопротивлением. Полное сопротивление цепи определяется как сумма квадратов активного и реактивного сопротивлений

Графическим изображением этого выражения служит треугольник сопротивлений, который можно получить в результате расчёта последовательной RLC-цепи. Выглядит он следующим образом:

На треугольнике видно, что катетами являются активное и реактивное сопротивление, а полной сопротивление гипотенуза.

Реактивное сопротивление — что это?

Человек давно использует для своих нужд электрическую, химическую, атомную энергию. Для технического описания любого из них существует набор понятий, позволяющих охарактеризовать их сущность. Например, такие характеристики, как мощность, напряжение, плотность и т. Д., Широко используются при изучении не только электрической, но и других известных видов энергии. Одно из таких универсальных понятий — термин «сопротивление», широко используемый в электричестве. В других областях есть аналоги — поглощение, рассеяние, отражение и т. Д.«Сопротивление» — это, по сути, характеристика потери энергетического поля. Цель науки и техники — определить причину сопротивления.

Сопротивление в электрических цепях бывает двоякой — говорят активное и реактивное сопротивление. Для проводника электрическое сопротивление является основной характеристикой и обусловлено сопротивлением материала проводника смещению носителей тока. Причины такого противодействия могут быть разными, что объясняет его другое название.

Сопротивление всегда сопровождается преобразованием одних видов энергии в другие за счет уменьшения энергии основного источника. В случае электрической энергии этот переход означает преобразование энергии источника ЭДС в тепловую, магнитную или электрическую энергию.

Исторически первым в биографии сопротивления было исследование активного сопротивления, которое связано с преобразованием энергии источника в нагрев проводника. Это связано с тем, что заряды (а это электроны) под действием источника ЭДС поля движутся по проводнику, образно говоря, «выталкивая» кристаллы или молекулы вещества.При этом взаимный обмен-передача энергии приводит к увеличению температуры проводника, т.е. происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Если источник ЭДС не меняет своей величины U и направления, то ток в цепи I называется постоянным, а сопротивление R такой цепи рассчитывается по закону Ома: R = U / I.

Сопротивление цепи постоянного тока может быть только активным. Реактивное сопротивление «дает о себе знать» только в цепях переменного тока, которые содержат очень специфическую индуктивность (катушка) или емкость (конденсатор). Строго говоря, любой проводник имеет некоторую индуктивность и емкость, но обычно они настолько незначительны, что ими пренебрегают. Индуктивность и емкость при прохождении вдоль них электрических зарядов преобразуют свою энергию в магнитное поле катушки или электрическое поле диэлектрика. Запасенная таким образом энергия при изменении знака источника ЭДС возвращается обратно в виде энергии движения заряда, отсюда и название «реактивное сопротивление».

Индуктивность в цепи переменного тока «сопротивление» протекающему току за счет явления самоиндукции: изменение тока, вызванное изменением ЭДС источника, приводит к изменению электромагнитного поля так, что он пытается поддерживать ток в цепи за счет накопленной энергии магнитного поля.Мера запасенной энергии — это мера индуктивности цепи L, которая зависит от частоты f переменного тока. Реактивное сопротивление катушки индуктивности определяется по следующей формуле:

XL = 2 * π * f * L.

Конденсатор в цепи переменного тока аккумулирует энергию электрического поля за счет заряда диэлектрика. Когда величина и / или направление ЭДС источника изменяется, напряжение на пластинах конденсатора поддерживается за счет уменьшения тока, чем дольше конденсатор C конденсатора больше.

Реактивное сопротивление конденсатора, также зависящее от частоты, рассчитывается по формуле:

Xc = 1 / (2 * π * f * C).

Из этого выражения видно, что с увеличением частоты и / или емкости сопротивление уменьшается. Таким образом, для цепи переменного тока, где есть резистор, катушка индуктивности и конденсатор, необходимо определить некоторое общее активное и реактивное сопротивление. В общем, формула для расчета импеданса имеет «пифагорейский вкус»:

Zv2 = Rv2 + (XL + Xc) v2

* Примечание: знак «v» должен читать «Z в квадрате» и т. Д.

И, наконец, формула полного сопротивления выглядит следующим образом:

Z = √ (squarte) Rv2 + (XL + Xc) v2.

p >>

Что такое синхронное реактивное сопротивление и синхронное сопротивление?

Синхронное реактивное сопротивление (X _S ) — это воображаемое реактивное сопротивление, используемое для учета эффектов напряжения в цепи якоря, вызванных действительным реактивным сопротивлением утечки якоря и изменением потока в воздушном зазоре, вызванным реакцией якоря.

Точно так же синхронный импеданс Z _S — это фиктивный импеданс, используемый для учета эффектов напряжения в цепи якоря, создаваемых фактическим сопротивлением якоря, фактическим реактивным сопротивлением утечки якоря и изменением потока в воздушном зазоре, создаваемым реакция якоря.

Фактическое генерируемое напряжение складывается из двух составляющих напряжений. Одно из этих компонентных напряжений, которые генерировались бы, если бы не было реакции якоря. Это напряжение, которое будет генерироваться только из-за возбуждения поля. Эта составляющая генерируемого напряжения называется напряжением возбуждения (E _exc ).

Другой компонент генерируемого напряжения известен как Реакция якоря Напряжение (E _AR ).Таким образом, два напряжения, которые представляют собой напряжение реакции якоря и напряжение возбуждения, складываются, чтобы контролировать влияние реакции якоря на генерируемое напряжение. Уравнение показано ниже.

Напряжение в цепи, вызванное изменением магнитного потока под действием тока, является результатом реакции якоря. Природа этого эффекта — индуктивное сопротивление. Следовательно, E _AR эквивалентно напряжению с индуктивным реактивным сопротивлением и определяется уравнением, показанным ниже.

Индуктивное реактивное сопротивление X _AR — это фиктивное реактивное сопротивление. В результате в цепи якоря образуется напряжение. Следовательно, напряжение реакции якоря можно смоделировать как катушку индуктивности, включенную последовательно с внутренним напряжением.

Помимо эффектов реакции якоря, обмотка статора также обладает самоиндукцией и сопротивлением.

Лет,

• L _a — самоиндукция обмотки статора
• X _a — самоиндуктивное реактивное сопротивление обмотки статора
• R _a — сопротивление статора якоря.

Напряжение на клеммах V определяется уравнением, показанным ниже.

Где,

• R _a I _a — падение сопротивления якоря
• X _a I _a — падение реактивного сопротивления утечки якоря
• X _AR I _a — напряжение реакции якоря

Эффекты реакции якоря и эффекты потока рассеяния на машину представлены индуктивным реактивным сопротивлением.Таким образом, все они вместе образуют единое реактивное сопротивление, называемое Synchronous Reactance машины X _S .

Следовательно,

Где,

Импеданс Z _S в приведенном выше уравнении (7) — это синхронный импеданс , а X _S — это синхронное реактивное сопротивление .

Разница между сопротивлением переменному и постоянному току

Разница между сопротивлениями переменного и постоянного тока и как ее рассчитать?

Сопротивление

Свойство вещества или материала, которые препятствуют прохождению электрического тока через него, называется сопротивлением ИЛИ,

Сопротивление — это способность цепи или элемента (который называется резистором) противодействовать прохождение тока через него.

Примеры резисторов со способностью к высокому сопротивлению: дерево, воздух, слюда, стекло, резина, вольфрам и т. Д.

Единица сопротивления — « Ом, » и обозначается как Ом, и представлена по « R ».

Сопротивление переменного тока

Проще говоря, сопротивление в цепях переменного тока называется импедансом. Или

Общее сопротивление (сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление) в цепях переменного тока называется импедансом (Z).

Пояснение:

Когда переменный ток проходит через провод (резистор, катушка индуктивности, конденсатор), тогда ток создает магнитное поле на этом проводе, которое противодействует протеканию переменного тока в нем вместе с сопротивлением этого провода. Эта противоположная причина называется индуктивностью, или индуктивность — это свойство катушки (или провода), которое противодействует любому увеличению или уменьшению тока или потока через нее. Кроме того, мы знаем, что индуктивность существует только в переменном токе, потому что величина тока, непрерывно изменяющаяся

Индуктивное реактивное сопротивление X _L , является свойством катушки или провода в цепи переменного тока, которое препятствует изменению тока.Единица индуктивного реактивного сопротивления такая же, как и сопротивление, емкостное реактивное сопротивление, т. Е. Ом (Ом), но характерным символом емкостного реактивного сопротивления является X _L .

Аналогично,

Емкостное реактивное сопротивление в емкостной цепи является противодействием протеканию тока только в цепях переменного тока. Единица емкостного реактивного сопротивления такая же, как и сопротивление, индуктивное реактивное сопротивление, то есть Ом (Ом), но характерным символом емкостного реактивного сопротивления является X _C .

Измерение сопротивления переменному току

Формулы электрического сопротивления и импеданса в цепях переменного тока

В цепях переменного тока (емкостная или индуктивная нагрузка), сопротивление = импеданс i. e., R = Z

Z = √ (R ² + X _L ² )… В случае индуктивной нагрузки

Z = √ (R ² + X _C ² ) … В случае емкостной нагрузки

Z = √ (R ² + (X _L — X _C ) ² … в случае как индуктивной, так и емкостной нагрузки.

Полезно знать:

Где ;

X _L = Индуктивное реактивное сопротивление

X _L = 2π f L… Где L = Индуктивность в Генри

А;

X _C = Емкостное реактивное сопротивление

X _C = 1 / 2π f C… Где C = емкость в фарадах.

Сопротивление постоянному току

Мы знаем, что в цепях постоянного тока нет концепции индуктивных и емкостных сопротивлений. т.е. емкостные и индуктивные реактивные сопротивления в цепях постоянного тока равны нулю, потому что в цепях постоянного тока нет частоты, то есть величина постоянного тока постоянна. Следовательно, в игру вступает только исходное сопротивление провода.

Полезно знать:

Вот почему сопротивление, обеспечиваемое проводом, для постоянного тока ниже, чем для переменного, так как линии переменного тока требуют большей изоляции, чем постоянного тока.

Измерение сопротивления постоянному току

Формулы электрического сопротивления

В цепях постоянного тока сопротивление рассчитывается по закону Ома.

R = V / I.

Полезно знать:

При решении электрических цепей для определения сопротивления, и вы не уверены, какое из них следует принимать во внимание, сопротивление переменному или постоянному току, тогда, если проходящий ток является переменным, тогда принимайте сопротивление переменного тока, иначе, если ток пройдено — это постоянный ток, принять постоянное сопротивление.

Что больше — сопротивление переменному или постоянному току?

Поскольку мы знаем, что частота в источнике постоянного тока равна нулю, поэтому отсутствует скин-эффект (поведение переменного тока, протекающего через поверхность i.е. внешний слой проводника вместо сердечника провода). в цепях постоянного тока. Из-за скин-эффекта сопротивление переменному току больше в цепях переменного тока, чем напряжение постоянного тока в цепях постоянного тока .

Формула скин-эффекта

δ = √ (2ρ / ωµ)

Где;

• δ = глубина скин-эффекта
• ρ = удельное сопротивление
• ω = 2π f = угловая частота
• µ = проницаемость проводника

Короче говоря, частота прямо пропорциональна скин-эффекту i.е. если частота увеличивается, скин-эффект также увеличивается там, где нет частотного и скин-эффекта в DC.

Практически;

Сопротивление переменному току = 1,6 x сопротивление постоянному току

Связанные сообщения:

Основы электричества: сопротивление, индуктивность и емкость

Электронные схемы являются неотъемлемой частью почти всех технологических достижений, достигнутых в нашей жизни сегодня. Сразу приходят на ум телевидение, радио, телефоны и компьютеры, но электроника также используется в автомобилях, кухонной технике, медицинском оборудовании и промышленных системах управления.В основе этих устройств лежат активные компоненты или компоненты схемы, которые электронно управляют потоком электронов, например, полупроводники. Однако эти устройства не могли функционировать без гораздо более простых пассивных компонентов, которые предшествовали полупроводникам на многие десятилетия. В отличие от активных компонентов, пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, не могут управлять потоком электронов с помощью электронных сигналов.

Сопротивление

Как следует из названия, резистор — это электронный компонент, который препятствует прохождению электрического тока в цепи.

В металлах, таких как серебро или медь, которые имеют высокую электропроводность и, следовательно, низкое удельное сопротивление, электроны могут свободно переходить от одного атома к другому с небольшим сопротивлением.

Электрическое сопротивление компонента схемы определяется как отношение приложенного напряжения к протекающему через него электрическому току, согласно HyperPhysics, веб-сайту физических ресурсов, размещенному на кафедре физики и астрономии Государственного университета Джорджии. Стандартной единицей измерения сопротивления является ом, названный в честь немецкого физика Георга Симона Ома.Он определяется как сопротивление в цепи с током 1 ампер при 1 вольте. Сопротивление можно рассчитать с помощью закона Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток, или R = V / I (чаще записывается как V = IR), где R — сопротивление, V — напряжение, а I — ток.

Резисторы обычно делятся на постоянные или переменные. Резисторы с фиксированным значением представляют собой простые пассивные компоненты, которые всегда имеют одинаковое сопротивление в установленных пределах по току и напряжению.Они доступны в широком диапазоне значений сопротивления, от менее 1 Ом до нескольких миллионов Ом.

Переменные резисторы — это простые электромеханические устройства, такие как регуляторы громкости и переключатели яркости, которые изменяют эффективную длину или эффективную температуру резистора, когда вы поворачиваете ручку или перемещаете ползунок.

Пример индуктора из медного провода, установленного на печатной плате. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Индуктивность

Катушка индуктивности — это электронный компонент, состоящий из катушки с проволокой, через которую проходит электрический ток, создающий магнитное поле.Единицей измерения индуктивности является генри (H), названный в честь Джозефа Генри, американского физика, который независимо открыл индуктивность примерно в то же время, что и английский физик Майкл Фарадей. Один генри — это величина индуктивности, которая требуется для создания 1 вольт электродвижущей силы (электрического давления от источника энергии), когда сила тока изменяется со скоростью 1 ампер в секунду.

Одним из важных применений индукторов в активных цепях является то, что они имеют тенденцию блокировать высокочастотные сигналы, пропуская низкочастотные колебания.Обратите внимание, что это противоположная функция конденсаторов. Объединение двух компонентов в схему может выборочно фильтровать или генерировать колебания практически любой желаемой частоты.

С появлением интегральных схем, таких как микрочипы, катушки индуктивности становятся все менее распространенными, потому что трехмерные катушки чрезвычайно сложно изготовить в двумерных печатных схемах. По этой причине, по словам Майкла Дубсона, профессора физики из Университета Колорадо в Боулдере, микросхемы разрабатываются без катушек индуктивности и вместо них используют конденсаторы для достижения практически тех же результатов.

Несколько примеров конденсаторов. Конденсаторы хранят электрический заряд. (Изображение предоставлено Питером Матисом, Университет Колорадо)

Емкость

Емкость — это способность устройства накапливать электрический заряд, и поэтому электронный компонент, который накапливает электрический заряд, называется конденсатором. Самый ранний пример конденсатора — лейденская банка. Это устройство было изобретено для накопления статического электрического заряда на проводящей фольге, которая выстилала внутреннюю и внешнюю поверхность стеклянной банки.

Простейший конденсатор состоит из двух плоских проводящих пластин, разделенных небольшим зазором. Разность потенциалов, или напряжение, между пластинами пропорциональна разнице в количестве заряда на пластинах. Это выражается как Q = CV, где Q — заряд, V — напряжение, а C — емкость.

Емкость конденсатора — это количество заряда, которое он может хранить на единицу напряжения. Единицей измерения емкости является фарад (Ф), названный в честь Фарадея, и определяется как способность хранить 1 кулон заряда с приложенным потенциалом 1 вольт.Один кулон (C) — это количество заряда, переносимого током в 1 ампер за 1 секунду.

Для максимальной эффективности обкладки конденсатора уложены слоями или намотаны катушками с очень маленьким воздушным зазором между ними. В воздушном зазоре часто используются диэлектрические материалы — изоляционные материалы, которые частично блокируют электрическое поле между пластинами. Это позволяет пластинам накапливать больше заряда без искрения и короткого замыкания.

Конденсаторы часто встречаются в активных электронных схемах, использующих колебательные электрические сигналы, например, в радиоприемниках и звуковом оборудовании.Они могут заряжаться и разряжаться почти мгновенно, что позволяет использовать их для создания или фильтрации определенных частот в цепях. Колебательный сигнал может заряжать одну пластину конденсатора, в то время как другая пластина разряжается, а затем, когда ток меняется на противоположное, он заряжает другую пластину, в то время как первая пластина разряжается.

Как правило, более высокие частоты могут проходить через конденсатор, а более низкие частоты блокируются. Размер конденсатора определяет частоту среза, при которой сигналы блокируются или пропускаются.Комбинированные конденсаторы могут использоваться для фильтрации выбранных частот в заданном диапазоне.

Суперконденсаторы производятся с использованием нанотехнологий для создания сверхтонких слоев материалов, таких как графен, для достижения емкости в 10-100 раз больше, чем у обычных конденсаторов того же размера; но они имеют гораздо более медленное время отклика, чем обычные диэлектрические конденсаторы, поэтому их нельзя использовать в активных цепях. С другой стороны, их иногда можно использовать в качестве источника питания в определенных приложениях, например, в микросхемах памяти компьютера, чтобы предотвратить потерю данных при отключении основного питания.

Конденсаторы также являются важными компонентами устройств отсчета времени, например, разработанных компанией SiTime, базирующейся в Калифорнии. Эти устройства используются в самых разных приложениях, от мобильных телефонов до высокоскоростных поездов и торговли на фондовом рынке. Это крошечное устройство синхронизации, известное как МЭМС (микроэлектромеханические системы), для правильной работы полагается на конденсаторы. «Если резонатор [колебательный компонент в устройстве синхронизации] не имеет подходящего конденсатора и емкости нагрузки, схема синхронизации не будет надежно запускаться, а в некоторых случаях она вообще перестает колебаться», — сказал Пиюш Севалия, исполнительный директор. вице-президент по маркетингу в SiTime.

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​16 января 2019 г. участницей Live Science Рэйчел Росс.

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Добавлено в избранное Любимый 108

Основы электроэнергетики

Приступая к изучению мира электричества и электроники, важно начать с понимания основ напряжения, тока и сопротивления.Это три основных строительных блока, необходимых для управления и использования электричества. Сначала эти концепции могут быть трудными для понимания, потому что мы не можем их «видеть». Невооруженным глазом нельзя увидеть энергию, текущую по проводу, или напряжение батареи, стоящей на столе. Даже молния в небе, хотя и видимая, на самом деле не является обменом энергии между облаками и землей, а является реакцией в воздухе на энергию, проходящую через него. Чтобы обнаружить эту передачу энергии, мы должны использовать измерительные инструменты, такие как мультиметры, анализаторы спектра и осциллографы, чтобы визуализировать, что происходит с зарядом в системе.Однако не бойтесь, это руководство даст вам общее представление о напряжении, токе и сопротивлении, а также о том, как они соотносятся друг с другом.

Георг Ом

рассматривается в этом учебном пособии

• Как электрический заряд соотносится с напряжением, током и сопротивлением.
• Что такое напряжение, сила тока и сопротивление.
• Что такое закон Ома и как его использовать для понимания электричества.
• Простой эксперимент для демонстрации этих концепций.

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Электрический заряд

Электричество — это движение электронов. Электроны создают заряд, который мы можем использовать для работы. Ваша лампочка, стереосистема, телефон и т. Д. — все используют движение электронов для выполнения работы. Все они работают, используя один и тот же основной источник энергии: движение электронов.

Три основных принципа этого урока можно объяснить с помощью электронов или, более конкретно, заряда, который они создают:

• Напряжение — разница заряда между двумя точками.
• Текущий — это скорость, с которой происходит начисление.
• Сопротивление — это способность материала сопротивляться прохождению заряда (тока).

Итак, когда мы говорим об этих значениях, мы на самом деле описываем движение заряда и, следовательно, поведение электронов. Цепь представляет собой замкнутый контур, который позволяет заряду перемещаться из одного места в другое. Компоненты схемы позволяют нам контролировать этот заряд и использовать его для работы.

Георг Ом был баварским ученым, изучавшим электричество.Ом начинается с описания единицы сопротивления, которая определяется током и напряжением. Итак, начнем с напряжения и продолжим.

Напряжение

Мы определяем напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками цепи. Одна точка заряжена больше, чем другая. Эта разница в заряде между двумя точками называется напряжением. Он измеряется в вольтах, что технически представляет собой разность потенциалов между двумя точками, которые передают один джоуль энергии на каждый кулон заряда, который проходит через них (не паникуйте, если это не имеет смысла, все будет объяснено).Единица «вольт» названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел то, что считается первой химической батареей. Напряжение представлено в уравнениях и схемах буквой «V».

При описании напряжения, тока и сопротивления общей аналогией является резервуар для воды. По этой аналогии заряд представлен количеством воды , напряжение представлено давлением воды , а ток представлен потоком воды . Для этой аналогии запомните:

• Вода = Заряд
• Давление = Напряжение
• Расход = Текущий

Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте над землей.На дне этого бака есть шланг.

Давление на конце шланга может представлять напряжение. Вода в баке представляет собой заряд. Чем больше воды в баке, тем выше заряд, тем больше давление измеряется на конце шланга.

Мы можем представить этот резервуар как батарею, место, где мы накапливаем определенное количество энергии, а затем высвобождаем ее. Если мы опорожняем наш бак определенным количеством жидкости, давление, создаваемое на конце шланга, падает. Мы можем думать об этом как об уменьшении напряжения, например, когда фонарик тускнеет по мере разрядки батарей.Также уменьшается количество воды, протекающей через шланг. Меньшее давление означает, что течет меньше воды, что приводит нас к течению.

Текущий

Мы можем представить себе количество воды, протекающей по шлангу из бака, как ток. Чем выше давление, тем выше расход, и наоборот. С водой мы бы измерили объем воды, протекающей по шлангу за определенный период времени.18 электронов (1 кулон) в секунду проходят через точку в цепи. Ампер в уравнениях обозначается буквой «I».

Допустим, у нас есть два резервуара, в каждом из которых идет шланг снизу. В каждом резервуаре одинаковое количество воды, но шланг одного резервуара уже, чем шланг другого.

Мы измеряем одинаковое давление на конце любого шланга, но когда вода начинает течь, расход воды в баке с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в баке с более широкий шланг.С точки зрения электричества, ток через более узкий шланг меньше, чем через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряда) в баке с помощью более узкого шланга.

Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.

Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга — это сопротивление. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:

• Вода = заряд (измеряется в кулонах)
• Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
• Расход = ток (измеряется в амперах, или сокращенно «амперах»)
• Ширина шланга = сопротивление

Сопротивление

Снова рассмотрим наши два резервуара для воды, один с узкой трубой, а другой с широкой.

Само собой разумеется, что мы не можем пропустить через узкую трубу такой же объем, как более широкая, при том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба «сопротивляется» потоку воды через нее, даже если вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.

В электрическом смысле это две цепи с одинаковым напряжением и различным сопротивлением. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему количеству заряда, то есть в цепи с более высоким сопротивлением будет меньше тока, протекающего через нее.18 электронов. На схемах это значение обычно обозначается греческой буквой «& ohm;», которая называется омега и произносится как «ом».

Закон Ома

Объединив элементы напряжения, тока и сопротивления, Ом разработал формулу:

Где

• В = Напряжение в вольтах
• I = ток в амперах
• R = Сопротивление в Ом

Это называется законом Ома.Скажем, например, что у нас есть цепь с потенциалом 1 вольт, током 1 ампер и сопротивлением 1 Ом. Используя закон Ома, мы можем сказать:

Допустим, это наш резервуар с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 В, а «узость» (сопротивление потоку) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам ток (ток) в 1 ампер.

Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на бак с узким шлангом. Поскольку шланг более узкий, его сопротивление потоку выше.Определим это сопротивление как 2 Ом. Количество воды в резервуаре такое же, как и в другом резервуаре, поэтому, используя закон Ома, наше уравнение для резервуара с узким шлангом составляет

.

а какой ток? Поскольку сопротивление больше, а напряжение такое же, это дает нам значение тока 0,5 А:

Значит, в баке с большим сопротивлением ток меньше. Теперь мы видим, что, зная два значения закона Ома, мы можем решить третье.Продемонстрируем это на эксперименте.

Эксперимент по закону Ома

Для этого эксперимента мы хотим использовать батарею на 9 В для питания светодиода. Светодиоды хрупкие и могут пропускать через них только определенное количество тока, прежде чем они перегорят. В документации к светодиоду всегда будет «текущий рейтинг». Это максимальное количество тока, которое может пройти через конкретный светодиод, прежде чем он перегорит.

Необходимые материалы

Для проведения экспериментов, перечисленных в конце руководства, вам потребуется:

ПРИМЕЧАНИЕ. Светодиоды — это так называемые «неомические» устройства.Это означает, что уравнение для тока, протекающего через сам светодиод, не так просто, как V = IR. Светодиод вызывает в цепи то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя величину тока, проходящего через нее. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы пренебрегаем токовыми характеристиками светодиода и выбираем номинал резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно ниже 20 мА.

В этом примере у нас есть батарея на 9 В и красный светодиод с номинальным током 20 мА, или 0.020 ампер. На всякий случай мы бы предпочли не управлять максимальным током светодиода, а его рекомендуемым током, который указан в его техническом описании как 18 мА или 0,018 ампер. Если просто подключить светодиод непосредственно к батарее, значения закона Ома будут выглядеть так:

следовательно:

, а поскольку сопротивления еще нет:

Деление на ноль дает бесконечный ток! Ну, на практике не бесконечно, но столько тока, сколько может доставить аккумулятор. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через светодиод проходил такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:

Мы можем использовать закон Ома точно так же, чтобы определить значение резистора, которое даст нам желаемое значение тока:

следовательно:

вставляем наши значения:

решение для сопротивления:

Итак, нам нужно сопротивление резистора около 500 Ом, чтобы ток через светодиод не превышал максимально допустимый.

500 Ом не является обычным значением для стандартных резисторов, поэтому в этом устройстве вместо него используется резистор 560 Ом.Вот как выглядит наше устройство вместе.

Успех! Мы выбрали номинал резистора, который достаточно высок, чтобы ток через светодиод не превышал его максимального номинала, но достаточно низкий, чтобы ток был достаточным, чтобы светодиод оставался красивым и ярким.

Этот пример светодиодного / токоограничивающего резистора является обычным явлением в хобби-электронике. Вам часто придется использовать закон Ома, чтобы изменить величину тока, протекающего по цепи. Другой пример такой реализации — светодиодные платы LilyPad.

При такой настройке вместо того, чтобы выбирать резистор для светодиода, резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока выполняется без необходимости добавлять резистор вручную.

Ограничение тока до или после светодиода?

Чтобы немного усложнить ситуацию, вы можете разместить токоограничивающий резистор по обе стороны от светодиода, и он будет работать точно так же!

Многие люди, впервые изучающие электронику, борются с идеей, что резистор, ограничивающий ток, может находиться по обе стороны от светодиода, и схема по-прежнему будет работать как обычно.

Представьте себе реку в непрерывной петле, бесконечную, круглую, текущую реку. Если бы мы построили в нем плотину, то перестала бы течь вся река, а не только одна сторона. А теперь представьте, что мы помещаем водяное колесо в реку, которое замедляет течение реки. Неважно, где в круге находится водяное колесо, оно все равно замедлит течение на всей реке .

Это чрезмерное упрощение, поскольку токоограничивающий резистор нельзя размещать где-либо в цепи ; он может быть размещен на с любой стороны светодиода для выполнения своей функции.

Чтобы получить более научный ответ, мы обратимся к закону напряжения Кирхгофа. Именно из-за этого закона резистор, ограничивающий ток, может располагаться по обе стороны светодиода и при этом иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и некоторых практических задач с использованием KVL посетите этот веб-сайт.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны понять концепции напряжения, тока, сопротивления и их взаимосвязь. Поздравляю! Большинство уравнений и законов для анализа цепей можно вывести непосредственно из закона Ома.Зная этот простой закон, вы понимаете концепцию, лежащую в основе анализа любой электрической цепи!

Эти концепции — лишь верхушка айсберга. Если вы хотите продолжить изучение более сложных приложений закона Ома и проектирования электрических цепей, обязательно ознакомьтесь со следующими руководствами.

Реактивная девальвация — Лаборатория принятия решений

Когнитивные предубеждения, с которыми мы сталкиваемся на индивидуальном уровне, отражаются в наших учреждениях и социальных системах.Эти иррациональные тенденции укоренились в институциональной психологии и крупномасштабных глобальных конфликтах. Переговоры между рабочими и руководством определяют заработную плату, условия труда и прибыль компании. Более того, переговоры между воюющими странами определяют судьбу многих. Таким образом, препятствия на пути переговоров, такие как реактивная девальвация, могут иметь жизненно важные последствия.

Например, среди десятилетий насилия и беспорядков в секторе Газа исследователи Ифат Маоз, Эндрю Уорд, Майкл Кац и Ли Росс применили теорию реактивной девальвации к реальному разрешению конфликта между Израилем и Палестиной. ² Участники исследования были либо нейтральными, либо произраильскими, и им был предоставлен мирный договор, якобы подписанный израильской Рабочей партией или палестинской организацией. Несмотря на то, что мирный договор был одинаковым в обоих случаях, как произраильские, так и нейтральные участники считали предложение более благоприятным для Палестины, если оно связано с палестинским авторством.

Это нормально сделать такой вывод — предположить, что создатель предложения думает о своих интересах.Однако, когда исследователи углубились в доводы, лежащие в основе этих представлений, они обнаружили, что действуют более сложные когнитивные механизмы. Произраильские участники по-разному толковали значения пунктов договора в зависимости от их авторства.