На каком участке цепи напряжение наибольшее

На каком участке цепи напряжение наибольшее

Раздел 3 . Электрический ток

� 3.8. Вольтметр и добавочное сопротивление

Большинство измерительных приборов, применяемых для измерений в электрических цепях, реагируют на ток, т.е. по своей природе служат измерителями тока.

Но напряжение и ток, согласно закону Ома, прямо пропорциональны друг другу. Поэтому обе эти величины могут быть измерены с помощью одного и того же прибора. Только шкала прибора в одном случае градуируется на ток, а в другом — на напряжение. Прибор, шкала которого проградуирована в вольтах, называется вольтметром.

Вольтметр включается в цепь параллельно тому участку цепи, напряжение на котором он измеряет. Вольтметр измеряет напряжение между двумя точками цепи, существовавшее между ними до того, как вольтметр был подключен. При этом сам вольтметр при подключении образует новый участок цепи, параллельный исследуемому.

Каким же сопротивлением должен обладать вольтметр, чтобы изменения напряжений в цепи при его подключении были незначительными?

Пусть сопротивление проводника между точками А и С равно R _АС, а сопротивление вольтметра — R. После подключения вольтметра сопротивление R _х участка цепи между точками А и С можно найти из равенства:

Приведем эту формулу к виду, удобному для исследования:

откуда видно, что сопротивление R _х тем меньше отличается от R_АС, чем меньше дробь , т.е. чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением участка цепи, на концах которого измеряется напряжение. Если это условие выполнено, то напряжение, измеряемое вольтметром, мало отличается от напряжения, существовавшего до подключения вольтметра.

Итак, вольтметр можно применять для измерения напряжения на тех участках цепи, сопротивление которых мало по сравнению с сопротивлением самого вольтметра.

Каждый измерительный прибор изготовляют, рассчитывая его на определенный максимальный для него ток. Поэтому для каждого измерительного прибора существует предельное значение измеряемой им величины тока или напряжения. Существуют амперметры на 1; 5; 10; 50 А и т.д.; также имеются и вольтметры на различные напряжения. Но всегда оказывается возможным расширить пределы измерения данного прибора, или, как говорят, увеличить цену деления его шкалы.

Для того чтобы повысить цену деления вольтметра и таким образом приспособить его к измерению напряжений больших, чем то, на которое он рассчитан, надо последовательно с ним включать проводник, обладающий некоторым сопротивлением. Величину этого сопротивления легко рассчитать.

Пусть мы располагаем вольтметром на 10 В, а нам предстоит измерять напряжение до 100 В. Если мы наш вольтметр подключим к участку с напряжением 100 В, то обмотка этого прибора перегорит, так как через него пройдет ток в 10 раз больший, чем тот, на который он рассчитан. На приборе наибольшее напряжение может быть 10 В, остальные же 90 В должны приходиться на проводник с добавочным сопротивлением , которое нужно включить последовательно с вольтметром.

Так как при последовательном соединении напряжения на отдельных участках цепи пропорциональны сопротивлениям этих участков, то величину добавочного сопротивления найдем из пропорции:

где R � сопротивление вольтметра.

Таким образом, добавочное сопротивление должно быть в 9 раз больше сопротивления вольтметра.

Цена одного деления шкалы вольтметра с таким добавочным сопротивлением будет в 10 раз больше цены деления основной шкалы.

В настоящее время, главным образом для нужд лабораторий, изготавливают универсальные приборы, снабжаемые набором шунтов и дополнительных сопротивлений. Такие приборы используются как для измерения токов, так и для измерения напряжений в очень широких пределах. Например, можно измерять токи от 1 мА до сотен ампер. Так же широк диапазон измеряемых напряжений.

Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.

В электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно з-ну сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла.

Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток:

Работа и мощность электрического тока.

Работа электрического тока:

Мощность электрического тока (работа в единицу времени):

В электричестве иногда применяется внесистемная единица работы — кВт . ч (киловатт-час).

1 кВт . ч = 3,6 . 10 6 Дж.

Виды соединения проводников.

Последовательное соединение.

1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:

I₁=I₂=I₃=. =I_n=.

2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:

U=U₁+U₂+. +U_n+.

3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:

R=R₁+R₂+. +R_n+.

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

R=R₁ . N

При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).

Параллельное соединение.

1. Сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках.

2. Напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково:

U₁=U₂=U₃=. =U_n=.

3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P₁+P₂+. +P_n+.

6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то: U₁:U₂. U_n. = R₁:R₂. R_n.

Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем больше напряжение.

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A₁+A₂+. +A_n+.

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P₁+P₂+. +P_n+.

6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:

Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

На каком участке цепи напряжение наибольшее

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома , таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

Как сопротивление может влиять на напряжение?

Чем больше сопротивление подключенного в цепь прибора, тем больше напряжение. Как на молекулярном уровне сопротивление влияет на напряжение? Поправьте если не прав, я новичок.

• Вопрос задан более трёх лет назад
• 9359 просмотров

Комментировать
Решения вопроса 1

Армянское Радио @gbg Куратор тега Электроника
Любые ответы на любые вопросы

Судя по вашим вопросам, вам следует полистать учебники по физике, с 7 по 11 класс средней общеобразовательной школы.

Написанное вами в тексте вопроса утверждение является следствием закона Ома для полной цепи, но не является первичным утверждением, из которого легко объяснить природу электрического сопротивления.

Самый простой для понимания случай — это электрическое сопротивление металла:

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.

Эти из википедии.

Для удобства рассуждения примем, что первично в данном случае напряжение — оно формирует электрическое поле, которое заставляет носители заряда протискиваться через вещество. В зависимости от того, насколько проводимо это вещество, формируется ток той или иной силы

Иногда полезно использовать водопроводную аналогию — в данном случае — сопротивление — не до конца открытый водяной кран, а напряжение — избыточное к атмоферному давление в трубе до крана и после крана.

Напряжение на сопротивлении — это разность избыточных давлений. Таким образом, когда кран перекрыт — величина этой разности равна давлению в водопроводе, постепенно открывая кран, мы уменьшаем разность избыточных давлений, при полном открытии — до нуля.

Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 5 1 комментарий
totorialman @totorialman Автор вопроса
Спасибо. Ещё нахожусь на стадии средней образовательной школы.
Ответы на вопрос 2

Сергей П @trapwalker
Программист, энтузиаст

А мне нравится другая метафора.
Представьте, что у вас в школе есть длинный коридор (это проводник).
Коридор полон слоняющихся в нём туда-сюда школьников (это электроны). В среднем в коридоре ток равен нулю.
Вдруг (прозвенел звонок) и в коридор с одного конца стали ломиться новые школьники, движимые желанием идти нахрен подальще от класса (минус «батарейки»). Напор школьников — это потенциал. Он разный в начале и в конце коридора.
Школьники давят с одного конца, а второй конц коридора открыт на улицу (плюс).

Разница потенциалов (напоров) между началом и концом коридора — это напряжение.
Представьте, что перед звонком в коридоре хаотично расставили стулья.
Стулья мешают — это сопротивление. Школьники спотыкаются, ломают стулья, накаляют обстановочку (часть энергии желания школьников погулять тратится на это).
Чем больше стульев, тем больше разница давления школьников между началом и концом коридора.

Это был закон Ома для участка цепи.
На примере школьников проще объяснять, чем на примере гидравлики. Так можно рассказать и про полупроводники, транзисторы, правило Кирхгофа. да что угодно.

Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 14 16 комментариев

uvelichitel @uvelichitel
Что в этой метафоре сила тока?
Boris Köln @BorisKorobkov
uvelichitel, сила тока = сколько школьников пройдут через дверь в конце коридора за 1 секунду

Сергей П @trapwalker
Boris Korobkov, ну или через сечение коридора, да.
totorialman @totorialman Автор вопроса

С помощью закона Ома можно рассчитать ток в цепи. Силой тока будет ток который будет в конце цепи или в начале? Или который максимум может пройти через цепь?

Сергей П @trapwalker

totorialman, Сила тока в цепи всегда одинаковая. Школьники идут плотнячком, сгуститься или разрядиться они не могут (особые такие школьники). В цепи у нас нет ёмкостей (конденсаторов), где школьники могли бы скапливаться. Поэтому ток во всех точках коридора будет одинаков. Сколько школьников «выщелкнулось» через выход, столько защёлкнулось на входе.

totorialman @totorialman Автор вопроса
Сергей Паньков, А за счёт чего совершается работа допустим лампочки в цепи?

Сергей П @trapwalker

totorialman, У коридора низкое сопротивление. Стульев там мало, школьники плотной толпой протекают через него без особых помех и грохота.
Но если где-то в коридоре сделать участок с бОльшим сопротивлением (сильнее загромождённый стульями), школьники через него просачиваются с большим грохотом.

Страшная толчея и бедлам в этом сужении может вовсе привести к обрушению. Узкое место будет вовсе завалено обломками. Сопротивление участка вырастет до бесконечности и ток школьников прекратится вовсе.
Напряжение по краям «разорванного» участка станет почти таким же как по краям большого просторного коридора. Почти — это за вычетом мизерного падения напряжения на ненулевом, всё же, сопротивлении этого просторного коридора. Но речь не об этом.

Грохот и беспорядок в узком месте — это и есть работа. Спираль лампочки — это часть проводника, которая накаляется (из-за тока) до свечения.
Падение напряжения на нагрузке — это разность потенциалов (давления толпы) до и после «сужения».

В какой-то момент метафора с дальнейшим уточнением начинает себя исчерпывать.
Школьники у нас уже малосжимаемая жесткая жидкость. Тут гидравлика уже выглядит куда привычнее. Вода почти не сжимаема и не растяжима, в отличие от школьников. Давайте дальше понимать на гидравлике.

Если вы пользовались кёрхером, то знаете. что струя из него вылетает тёплая или даже горячая потому, что проходя под большим давлением через узкое отверстие вода трётся о его стенки очень интенсивно и нагревает их. Ток (количество воды за единицу времени проходящее через сечение), очевидно, одинаковый что вначале шланга кёрхера, что в любом его месте. Воде-то деться больше некуда и взяться лишней не откуда, кроме как идти от начала канала до конца.
Нагревание сопла (и любого сужения в канале) это неизбежность. Спираль лампы накаливания — это такое же узкое место, через которое проходит за единицу времени такое же количество электронов, как через толстые провода до и после лампочки.

Работа — это энергия. Ток — это скорость протекания (литров за секунду; Кулонов за секунду).
Мы упоминали, что расход воды в каждом сечении нашего шланга одинаков. Но самая большая работа (нагревание) совершается в узком месте (в сопле, в спирали). Это потому, что там большое сопротивление. Много энергии тратится на нагрев. От этого есть разница давления (потенциалов) до и после сужения .
Насосу, который толкает жидкость в этой системе, трудно. Он совершает работу и эта работа (=энергия) тратится на протяжении шланга, и большая часть в сужении на нагрев.
Вот тут все нужные формулы про это.