1. Головна
    2. Фізика
    3. Як розрахувати напругу на опорі

Як розрахувати напругу на опорі

Якщо вам необхідно знайти напругу на опорі (резисторі), насамперед необхідно визначити тип електричного кола. Для кращого розуміння основних термінів, що використовуються у фізиці та електротехніці, почніть з першого розділу. Якщо ж Ви знайомі з термінологією, пропустіть його і перейдіть до опису типу електричного кола.

Частина1З 3:
Електричні ланцюги

  1. Розглянемо поняття електричного струму. скористаємося аналогією: уявіть, що ви помістили кілька зерен кукурудзи в воду, що тече по трубі. Потік еквівалентний електричному струму, а зерна служать аналогією електронів.[1] говорячи про потік, ми описуємо його кількістю зерен, які перетнули поперечний переріз труби за одну секунду. При розгляді електричного струму ми вимірюємо його в амперах, що відповідають певній (дуже великій) кількості електронів, що перетинають перетин дроту за одну секунду.
  2. Розглянемо поняття електричного заряду. кожен електрон має" негативний " електричний заряд. Це означає, що електрони притягуються, або рухаються у напрямку до позитивного заряду і відштовхуються, або рухаються від негативного заряду. Кожен електрон має негативний заряд, тому вони відштовхуються один від одного, прагнучи розійтися в сторони.
  3. Ознайомтеся з поняттям напруги. напруга між двома точками відповідає різниці електричних зарядів, розміщених в цих точках. Чим більше ця різниця, тим сильніше дані точки притягуються один до одного. Розглянемо поняття напруги на прикладі звичайної електричної батарейки:
    • Всередині батарейки відбуваються хімічні реакції, в результаті яких утворюються вільні електрони. Ці електрони рухаються до негативного полюса батарейки, віддаляючись від її позитивного полюса (ці полюси відповідають негативній і позитивній клем батарейки). Чим довше триває даний процес, тим більша напруга виникає між полюсами.
    • Якщо ви з'єднаєте дротом негативний і позитивний полюса, у скупчилися електронів з'явиться можливість покинути негативний полюс. Вони почнуть перетікати до позитивного полюса, створюючи електричний струм. Чим вище напруга, тим більше електронів переміститься до позитивного полюса за одиницю часу.
  4. Розглянемо поняття електричного опору.його назва точно відображає сенс. Чим вище опір будь-якого об'єкта, тим важче електронам пройти через нього. В результаті зменшується струм, оскільки за одиницю часу через провідник проходить менше число електронів.
    • Опором, або резистором називається що-небудь, що збільшує опір електричного кола. "Резистор" можна придбати в магазині електротоварів, але в ланцюзі його роль може виконувати і будь-який інший об'єкт, що володіє опором, наприклад, лампа розжарювання.
  5. Запам'ятайте закон Ома.він являє собою просте співвідношення між струмом, напругою і опором. Запишіть або запам'ятайте це співвідношення-воно стане в нагоді вам при розрахунку електричних ланцюгів:
    • Струм дорівнює напрузі, поділеній на опір
    • Це записується наступним чином: I =v / r
    • Подумайте про те, що відбувається, якщо ви збільшуєте V (напруга) або R (опір). Чи відповідає це наведеним вище поясненням?

Частина2З 3:
Розрахунок напруги на опорі при послідовному з'єднанні

  1. Ознайомтеся з поняттям послідовного з'єднання.таке з'єднання легко визначити-воно являє собою набір розташованих в ряд опорів. Струм тече по цих опорах, послідовно проходячи через кожне з них.
    • ВеличинаСтруму однакова в будь-якій точці ланцюга.[2]
    • При розрахунку напруги неважливо, де саме в ланцюзі розташований той чи інший резистор. Можна поміняти їх місцями, напруга на кожному з них залишиться незмінним.
    • Як приклад розглянемо ланцюг, що складається з трьох послідовно з'єднаних опорів: R1, R2 і R3. Нехай ланцюг живиться від 12-вольтової батарейки. Знайдемо напругу на кожному опорі.
  2. Спочатку розрахуємо загальний опір.складемо всі опору, включені в ланцюг. В результаті отримаємо загальний опір резисторів, з'єднаних послідовно.
    • Нехай три резистори R1, R2 і R3 мають опору2 Ома, 3 Ома і 5 Ом відповідно. Тоді загальний опір складе 2 + 3 + 5 = 10 Ом.
  3. Знайдемо струм.використовуємо закон Ома для всього ланцюга. Як ми пам'ятаємо, при послідовному з'єднанні струм однаковий в будь-якій точці ланцюга. Тому досить один раз визначити струм і використовувати знайдену величину у всіх наступних розрахунках.
    • Відповідно до закону Ома, I = v / r. Напруга в ланцюзі становить 12 вольт, а загальний опір – 10 Ом. Звідси знаходимо I = 12/10 = 1,2 ампера.
  4. Застосуємо закон Ома, щоб знайти напругу на резисторах.за допомогою простих перетворень можна виразити напругу через струм і опір, переписавши закон Ома наступним чином:
    • I =V / R
    • IR =VR / R
    • IR = V
    • V = IR
  5. Розрахуємо напругу на кожному резисторі.Нам відомі їх опору, що протікає через них струм, і в нашому розпорядженні є рівність, що зв'язує струм і опір з напругою. Підставляючи в це рівність чисельні значення, знаходимо відповідь. Для нашого прикладу це виглядає наступним чином:
    • Напруга на резисторі R1 = V1 = (1,2 a)(2ома) = 2,4 вольта.
    • Напруга на резисторі R2 = V2 = (1,2 a)(3ома) = 3,6 вольта.
    • Напруга на резисторі R3 = V3 = (1,2 a)(5ом) = 6,0 вольт.
  6. Перевіримо отриману відповідь.при послідовному з'єднанні сума напруг на кожному опорі повинна дорівнювати загальній напрузі в ланцюзі.[3] складіть знайдені напруги, перевіривши, чи дорівнює їх сума повній напрузі. Якщо ні, перевірте рішення та знайдіть помилку.
    • У нашому прикладі 2,4 + 3,6 + 6,0 = 12 вольт, що відповідає загальній напрузі в ланцюзі.
    • Якщо відповідь трохи не збігається з точним значенням (наприклад, 11,97 замість 12), це, ймовірно, викликано тим, що Ви на якомусь етапі округлили отримані величини. У цьому випадку відповідь вірна.
    • Пам'ятайте про те, що напруга відповідає різниці зарядів або кількості електронів. Уявіть собі, що ви підраховуєте число електронів, просуваючись уздовж ланцюга. Якщо ви правильно порахуєте їх, то в результаті отримаєте різницю зарядів між початковою і кінцевою точками ланцюга.

Частина3З 3:
Розрахунок напруги на опорі при паралельному з'єднанні

  1. Ознайомтеся з поняттям паралельного з'єднання.Уявіть собі, що ви під'єднали провід до одного полюса батарейки і розщепили його уздовж на дві половини. Ці дві частини дроту йдуть паралельно один одному і потім знову з'єднуються в один провід перед другим полюсом батарейки. Якщо розмістити на обох гілках дроти по резистору, вони будуть з'єднані»паралельно".[4]
    • Паралельно можна з'єднати будь-яку кількість опорів. Даний опис годиться і для ланцюга, що складається з сотні паралельних проводів.
  2. Розглянемо, як тече струм.при паралельному з'єднанні він проходить через всі гілки ланцюга. Струм буде текти через лівий провід, перетинаючи розташований на ньому резистор; одночасно струм буде проходити і через правий провід з резистором. Пройшовши через обидві гілки, струм досягне позитивного полюса; ні на якій ділянці ланцюга струм не буде текти в зворотному напрямку.
  3. Знаючи загальну напругу, знайдемо напругу на кожному резисторі.зробити це дуже просто, якщо відомо загальна напруга в ланцюзі. При паралельному з'єднанні напруга на кожній гілці дорівнюватиме загальній напрузі в ланцюзі.[5] припустимо, що наша ланцюг складається з двох паралельно з'єднаних опорів і харчується 6-вольтової батарейкою. В цьому випадку напруга і на лівому, і на правому опорі складе 6 вольт. При цьому кожна гілка може містити будь-яке число резисторів. Щоб зрозуміти це, повернемося до послідовного з'єднання, розглянутого вище:
    • Як ми пам'ятаємо, при послідовному з'єднанні загальна напруга являє собою суму напруг на кожному опорі.
    • Будемо вважати, що кожна гілка ланцюга являє собою набір резисторів, з'єднаних послідовно. Таким чином, обчисливши суму напруг на всіх опорах однієї з гілок, ми знайдемо загальну напругу.
    • Оскільки в нашому випадку струм, поточний по кожній гілці, проходить через один резистор, напруга на цьому резисторі і буде загальним напругою в ланцюзі.
  4. Знайдемо загальний струм в ланцюзі.якщо в умові задачі не вказано загальну напругу, знадобляться деякі додаткові обчислення. Почнемо з знаходження загального струму, що протікає по ланцюгу. При паралельному з'єднанні загальний струм дорівнює сумі струмів, що проходять через кожну гілку ланцюга.[6]
    • У математичному записі це означає: iзагальний = I1 + i2 + i3...
    • Для кращого розуміння уявіть собі водопровідну трубу, розділену на два рукави. Загальна кількість води дорівнює сумі води, що протікає по кожному рукаву.
  5. Знайдемо загальний опір ланцюга.при паралельному з'єднанні резистори не так сильно знижують струм через ланцюг, оскільки кожен з них вносить вклад в опір лише своєї гілки ланцюга. Фактично чим більше відгалужень ланцюга, тим легше току пройти через неї. Щоб знайти загальний опір, необхідно вирішити щодо Rзагальне наступне рівняння:
    • 1 / rзагальне = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 ...
    • Припустимо, що ланцюг складається з двох резисторів опором 2 Ома і 4 Ома, з'єднаних паралельно. Тоді1 / r загальне = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)R загальне → Rзагальне = 1/(3/4) = 4/3 = ~1,33 Ома.
  6. Обчислимо напругу.як ми пам'ятаємо, загальна напруга в ланцюзі дорівнює напрузі на одній з її гілок. Скористаємося законом Ома. Розглянемо конкретний випадок:
    • Через ланцюг тече струм силою 5 ампер. Загальний опір ланцюга дорівнює 1,33 Ома.
    • Відповідно до закону Ома, I = V / R, звідки V = IR
    • V = (5A)(1,33 Ом) = 6,65 вольт.

Поради

  • Якщо ви маєте справу зі складною ланцюгом, що складається з послідовноі паралельно з'єднаних опорів, розгляньте спочатку два сусідніх резистора. Знайдіть їх загальний опір, користуючись правилами для послідовного або паралельного з'єднання, відповідно до того, як з'єднані дані резистори. Після цього можна розглядати два даних резистора як один опір. Продовжуйте таким чином об'єднувати резистори до тих пір, поки у вас не вийде проста ланцюг, що складається з паралельно або послідовно з'єднаних опорів.[7]
  • Напруга на опорі часто називають "падінням напруги".
  • Засвойте термінологію:
    • Ланцюг-набір елементів (наприклад, резисторів, конденсаторів і котушок), з'єднаних проводами так, що через них може проходити електричний струм.
    • Резистори-елементи, які чинять опір протікає через них струму і знижують його силу
    • Струм-потік електричного заряду через дріт і елементи ланцюга, вимірюється в амперах (а)
    • Напруга-робота, що витрачається на переміщення одиничного заряду, вимірюється в вольтах (В)
    • Опір-міра опору проходженню електричного струму, вимірюється в омах (Ом)

Джерела

  1. ↑ Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook
  2. ↑ Https://www.swtc.edu/ag_power/electrical/lecture/series_circuits.htm
  3. ↑ Https://www.swtc.edu/ag_power/electrical/lecture/series_circuits.htm
  4. ↑ Http://www.electronics-tutorials.ws/resistor/res_4.html
  5. ↑ Http://www.physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-4/Parallel-Circuits
  6. ↑ Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook
  7. ↑ Http://www.electronics-tutorials.ws/resistor/res_5.html

Ще почитати: