Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения
- Подробности
- Просмотров: 399
«Физика — 11 класс»
Активное сопротивление
Сила тока в цепи с резистором
Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R.
Сопротивление R называется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.
Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются.
Напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:
u = Um cos ωt
Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения.
По закону Ома мгновенное 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 меняются.
При прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет меняться во времени.
Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой
Р = I2R
Мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой
Р = i2R
Cреднее значение мощности за период (используем формулу для мгновенного значения силы тока и выражение ):
График зависимости мгновенной мощности от времени (рис.а)
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, называется действующим значением силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока обозначается через I:
Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного 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 характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность.
Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.
Действующие значения непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:
р = I2R = UI.
Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.
Следующая страница «Конденсатор в цепи переменного тока»
Назад в раздел «Физика — 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»
Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях —
Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями —
Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре. Период свободных электрических колебаний —
Переменный электрический ток —
Активное сопротивление. Действующие значения силы тока и напряжения —
Конденсатор в цепи переменного тока —
Катушка индуктивности в цепи переменного тока —
Резонанс в электрической цепи —
Генератор на транзисторе. Автоколебания —
Краткие итоги главы
Изменение сопротивления:
На следующей схеме вы видите разность сопротивлений между системами изображенными на правой и левой стороне рисунка. Сопротивление давлению воды в кране противодействует задвижка, в зависимости от степени открытия задвижки изменяется сопротивление.
Сопротивление в проводнике изображено в виде сужения проводника, чем более узкий проводник тем больше он противодействует прохождению тока.
Вы можете заметить что на правой и на левой стороне схемы напряжение и давление воды одинаково.
Вам необходимо обратить внимание на самый важный факт. В зависимости от сопротивления увеличивается и уменьшается сила тока
В зависимости от сопротивления увеличивается и уменьшается сила тока.
Слева при полностью открытой задвижке мы видим самый большой поток воды. И при самом низком сопротивлении, видим самый большой поток электронов (Ампераж) в проводнике.
Справа задвижка закрыта намного больше и поток воды тоже стал намного больше.
ужение проводника тоже уменьшилось вдвое, я значит вдвое увеличилось сопротивление протеканию тока. Как мы видим через проводник из за выского сопротивления протекает в два раза меньше электронов.
Для справки
Обратите внимание что сужение проводника изображенное на схеме используется только для примера сопротивления протеканию тока. В реальных условиях сужения проводника не сильно влияет на протекающий ток
Значительно большее сопротивление могут оказывать полупроводники и диэлектрики.
Сужающийся проводник на схеме изображен лишь для примера, для понимания сути происходящего процесса.Формула закона Ома — зависимость сопротивления и силы тока
I = E/R
Как вы видите из формулы, сила тока обратнапропорциональна сопротивлению цепи.
Больше сопротивление = Меньше ток
* при условии что напряжение постоянно.
Что такое падение напряжения на резисторе
Электрический ток, проходя по цепи, испытывает сопротивление, которое может изменяться под воздействием разнообразных условий внешней среды (экстремально низкие температуры или нагрев) и может зависеть от характеристик конкретного проводника. Например, чем тоньше проводник или длиннее – тем оно выше.
На значение его величины влияют следующие факторы:
- сила тока;
- длина проводящих частей;
- напряжение;
- материал проводниковых элементов;
- нагрев (температура);
- площадь поперечного сечения.
Резисторы можно разделить на постоянные, переменные и подстроечные. Главное их отличие друг от друга – возможность изменения показателя сопротивления. Чаще всего встречаются постоянные резисторы – данный показатель в них нельзя изменить, поэтому они и получили такое название. Переменные отличаются тем, что величину сопротивления в них можно настраивать. В подстроечном резисторе её также можно изменять, но отличие данной разновидности в том, что он не рассчитан на частое изменение параметра. Подстроечные резисторы выполняются в более компактном корпусе по сравнению с переменными.
Чтобы вычислить падение напряжения на резисторе, нужно помнить, что снижение нагрузки, приложенной ко всей цепи (то есть, напряжения, подключённого к контуру) может быть получено как для всего контура, так и для любого элемента цепи. Напряжение понижается за счёт сопротивления, которым обладают проводники.
Падение напряжения на резисторе зависит от силы проходящего тока и характеристик проводников. Температура и показатели тока также имеют значение. Например, напряжение, измеренное вольтметром на лампочке, подключённой к сети 220 В, будет немного ниже за счёт сопротивления, которым обладает лампочка.
Источники питания имеют разную величину напряжения. Это значение может превышать то, которое бывает необходимо на выходе. Чтобы нагрузка, которую требуется запитать, не сгорела, часто возникает необходимость в понижении вольтажа, в том числе с помощью резисторов.
Сравнительная таблица напряжений
| Источник питания | Напряжение |
| NiCd аккумулятор | 1,2 В |
| Литий-железо-фосфатный аккумулятор | 3,3 В |
| Батарея типа «Крона» | 9 В |
| Автомобильный аккумулятор | 12 В |
| Аккумулятор для грузовых автомобилей | 24 В |
В этом случае резистор должен уменьшить протекающий по цепи ток. При этом ток не превращается в тепло, происходит именно его ограничение. То есть при включении резистора в цепь ток упадёт – в этом и состоит работа резистора, при совершении которой элемент нагревается.
В общем случае падения напряжения можно рассчитать, используя простую формулу, связывающее показатели между собой.
Но в ряде случаев, например, при параллельном подключении сопротивлений, посчитать необходимую величину уже сложнее. В этом случае по специальной формуле потребуется привести сопротивление параллельных веток к одному числу:
R = R1*R2 / (R1+R2)
При необходимости также учитываются другие сопротивления, суммирующиеся с этим значением (например, сопротивление провода и источника питания).
1. Калькулятор рассеиваемой мощности и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.
Демо закона Ома в реальном времени.
Для справки
В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.
Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность.
Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома).
Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока).
Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку.
Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки
Напряжение 20 Вольт
Сопротивление 4 Ома
Вы получите
Мощность 100 Ватт
Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.
В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.
Физика 8: все формулы и определения
«Физика 8: все формулы и определения» — это Справочник по физике в 8 классе, доступный для скачивания в 2-х форматах: КРУПНО (формат PDF, на 4-х страницах) и МЕЛКО (формат JPG, на 1-й странице).
1 файл(ы) 4.29 MB
Физика 8 класс. Все формулы и определения МЕЛКО на одной странице
1 файл(ы) 3.66 MB
В пособии «Физика 8: все формулы и определения» представлено 23 формулы
и определения за весь курс Физики 8 класса:
Глава 1. Тепловые явления
• § 1. Тепловое движение. температура
• § 2. Внутренняя энергия
• § 3. Способы изменения внутренней энергии тела
• § 4. Теплопроводность
• § 5. Конвекция
• § 6. Излучение
• § 7. Количество теплоты. Единицы количества теплоты
• § 8. Удельная теплоёмкость
• § 9. Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении
• § 10. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания
• § 11. Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах
• § 12. Агрегатные состояния вещества
• § 13. Плавление и отвердевание кристаллических тел
• § 14. График плавления и отвердевания кристаллических тел
• § 15. Удельная теплота плавления
• § 16. Испарение. Насыщенный и ненасыщенный пар
• § 17. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение её при конденсации пара
• § 18. Кипение
• § 19. Влажность воздуха. Способы определения влажности воздуха
• § 20. Удельная теплота парообразования и конденсации
• § 21. Работа газа и пара при расширении
• § 22. Двигатель внутреннего сгорания
• § 23. Паровая турбина
• § 24. КПД теплового двигателя
Глава 2. Электрические явления
• § 25. Электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие заряженных тел
• § 26. Электроскоп
• § 27. Электрическое поле
• § 28. Делимость электрического заряда. Электрон
• § 29. Строение атомов
• § 30. Объяснение электрических явлении
• § 31. Проводники, полупроводники и непроводники электричества
• § 32. Электрический ток. Источники электрического тока
• § 33. Электрическая цепь и её составные части
• § 34. Электрический ток в металлах
• § 35. Действия электрического тока
• § 36. Направление электрического тока
• § 37. Сила тока. Единицы силы тока
• § 38. Амперметр. Измерение силы тока
• § 39. Электрическое напряжение
• § 40. Единицы напряжения
• § 41. Вольтметр. Измерение напряжения
• § 42. Зависимость силы тока от напряжения
• § 43. Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления
• § 44. Закон Ома для участка цепи
• § 45. Расчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление
• § 46. Примеры на расчет сопротивления проводника, силы тока и напряжения
• § 47. Реостаты
• § 48. Последовательное соединение проводников
• § 49. Параллельное соединение проводников
• § 50. Работа электрического тока
• § 51. Мощность электрического тока
• § 52. Единицы работы электрического тока, применяемые на практике
• § 53. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля—Ленца
• § 54. Конденсатор
• § 55. Лампа накаливания. Электрические нагревательные приборы
• § 56. Короткое замыкание. Предохранители
Глава 3. Электромагнитные явления
• § 57. Магнитное поле
• § 58. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии
• § 59. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
• § 60. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов
• § 61. Магнитное поле земли
• § 62. Действие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель
Глава 4. Световые явления
• § 63. Источники света. Распространение света
• § 64. Видимое движение светил
• § 65. Отражение света. Закон отражения света
• § 66. Плоское зеркало
• § 67. Преломление света. Закон преломления света
• § 68. Линзы. Оптическая сила линзы
• § 69. Изображения, даваемые линзой
• § 70. Глаз и зрение
Физика 8: все формулы. Таблица 1
Физика 8: все формулы. Таблица 2
Мощность при токах: постоянном и переменном
Когда возникает необходимость рассчитывать, сколько будет потреблять установленное оборудование, нужно помнить, что существует разница между значением P при подаче постоянного и переменного напряжений.
Формула P при постоянном токе показывает P в виде произведения мгновенных значений I и U. При этом момент времени может быть абсолютно любой.
Выражение P в условиях синусоидального движения электронов учитывает угол, на который сдвинуты фазы тока и напряжения. Косинус этого угла умножается на произведение тока и напряжения за период времени Т. Это период времени, за который ток меняет своё значение с положительного на отрицательное:
Т = 1/f, где f – это частота 50 Гц.
