Историческая справка: именно Джеймс Прескотт Джоуль, а не Георг Саймон Ом, первым обнаружил математическую связь между рассеиваемой мощностью и током через сопротивление. Это открытие, опубликованное в 1841 году, соответствовало форме последнего уравнения (P = I ² R) и известно как закон Джоуля.

Однако эти уравнения мощности так часто ассоциируются с уравнениями закона Ома, связывающими напряжение, ток и сопротивление (E=IR ; I=E/R ; и R=E/I), что их часто приписывают Ому.

ОБЗОР:

• Мощность измеряется в Вт , обозначается буквой «Вт».
• Закон Джоуля: P = I ² R ; Р = ИЭ; Р = Е ² /Р

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Попробуйте наш калькулятор закона Ома в разделе «Инструменты».

Мощность в электрических цепях | Закон Ома

Помимо напряжения и силы тока есть еще один важный параметр, относящийся к электрическим цепям: мощность . Во-первых, нам нужно понять, что такое мощность, прежде чем анализировать ее в каких-либо цепях.

Что такое мощность и как ее измерить?

Мощность — это мера того, какой объем работы может быть выполнен за заданный промежуток времени. Работа обычно определяется как поднятие тяжестей против силы тяжести. Чем тяжелее вес и/или чем выше он поднят, тем больше работы было проделано. Мощность — это показатель того, насколько быстро выполняется стандартный объем работы.

Для американских автомобилей мощность двигателя измеряется в единицах, называемых «лошадиными силами», которые первоначально были изобретены производителями паровых двигателей для количественной оценки работоспособности их машин с точки зрения наиболее распространенного в то время источника энергии: лошадей.

Одна лошадиная сила определяется в британских единицах как 550 ft-lbs работы в секунду времени. Мощность двигателя автомобиля не будет указывать на то, насколько высокий холм он может подняться или какой вес он может буксировать, но он покажет, насколько быстро он может подняться на определенный холм или буксировать определенный вес.

Мощность механического двигателя зависит как от частоты вращения двигателя, так и от его крутящего момента на выходном валу. Скорость выходного вала двигателя измеряется в оборотах в минуту или об/мин.

Крутящий момент — это количество крутящего момента, создаваемого двигателем, и обычно он измеряется в фунтах-футах или фунтах-футах (не путать с фут-фунтами или фут-фунтами, которые являются единицей измерения работы). Ни скорость, ни крутящий момент сами по себе не являются мерой мощности двигателя.

Дизельный двигатель трактора мощностью 100 л.с. вращается относительно медленно, но обеспечивает большой крутящий момент.Мотоциклетный двигатель мощностью 100 лошадиных сил будет вращаться очень быстро, но обеспечит относительно небольшой крутящий момент. Оба будут производить 100 лошадиных сил, но с разными скоростями и разными крутящими моментами. Уравнение для мощности на валу простое:

Обратите внимание, что в правой части уравнения есть только два переменных члена, S и T. Все остальные члены в этой части являются постоянными: 2, пи и 33 000 — все константы (их значение не меняется). . Мощность меняется только при изменении скорости и крутящего момента, больше ничего.Мы можем переписать уравнение, чтобы показать эту связь:

Поскольку единица «лошадиной силы» не совпадает в точности со скоростью в оборотах в минуту, умноженной на крутящий момент в фунт-футах, мы не можем сказать, что лошадиных сил равняется ST. Однако они пропорциональны друг другу. При изменении математического произведения ST значение лошадиных сил изменится в той же пропорции.

Мощность как функция напряжения и тока

В электрических цепях мощность зависит как от напряжения, так и от тока.Неудивительно, что это соотношение имеет поразительное сходство с приведенной выше формулой «пропорциональной» мощности:

Однако в этом случае мощность (P) точно равна току (I), умноженному на напряжение (E), а не просто пропорциональна IE. При использовании этой формулы единицей измерения мощности является ватт , сокращенно буквой «Вт».

Необходимо понимать, что ни напряжение, ни ток сами по себе не являются мощностью.Скорее мощность представляет собой комбинацию напряжения и тока в цепи. Помните, что напряжение — это удельная работа (или потенциальная энергия) на единицу заряда, а ток — это скорость, с которой электрические заряды перемещаются по проводнику.

Напряжение (удельная работа) аналогично работе, совершаемой при подъеме веса против силы тяжести. Текущая (скорость) аналогична скорости, с которой этот вес поднимается. Вместе как продукт (умножение), напряжение (работа) и ток (скорость) составляют мощность.

Как и в случае дизельного двигателя трактора и двигателя мотоцикла, цепь с высоким напряжением и малым током может рассеивать такое же количество энергии, как цепь с низким напряжением и большим током. Ни величина напряжения сама по себе, ни величина тока сама по себе не указывают на величину мощности в электрической цепи.

Питание при обрыве/коротком замыкании

В разомкнутой цепи, где между клеммами источника присутствует напряжение, а ток равен нулю, рассеивается нулевая мощность, независимо от того, насколько велико это напряжение.Поскольку P=IE и I=0, а все, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в любой разомкнутой цепи, должна быть равна нулю.

Точно так же, если бы у нас была короткая цепь, состоящая из петли из сверхпроводящего провода (абсолютно нулевого сопротивления), мы могли бы иметь состояние тока в петле с нулевым напряжением, и точно так же никакая мощность не рассеивалась бы. Поскольку P=IE и E=0, а все, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в сверхпроводящем контуре, должна быть равна нулю. (Мы рассмотрим тему сверхпроводимости в одной из последующих глав).

Как мощность связана с ваттами?

Измеряем ли мы мощность в «лошадиных силах» или в «ваттах», мы все равно говорим об одном и том же: сколько работы можно выполнить за заданный промежуток времени. Эти две единицы численно не равны, но они выражают одно и то же.

Фактически, европейские производители автомобилей обычно указывают мощность своих двигателей в киловаттах (кВт) или тысячах ватт, а не в лошадиных силах! Эти две единицы мощности связаны друг с другом простой формулой преобразования:

Таким образом, наши дизельные и мотоциклетные двигатели мощностью 100 л.Двигатели мощностью 57 кВт. В европейских технических спецификациях этот рейтинг был бы скорее нормой, чем исключением.

ОБЗОР:

• Мощность — это мера того, какой объем работы можно выполнить за заданный промежуток времени.
• Механическая мощность обычно измеряется (в Америке) в лошадиных силах.
• Электрическая мощность почти всегда измеряется в «ваттах» и может быть рассчитана по формуле P = IE.
• Электрическая мощность является произведением напряжения и тока , а не каждого отдельно.
• Лошадиная сила и ватт — это просто две разные единицы для описания одного и того же физического измерения, где 1 лошадиная сила равна 745,7 ватта.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Основы электричества

Приступая к изучению мира электричества и электроники, очень важно начать с понимания основ напряжения, силы тока и сопротивления.Это три основных строительных блока, необходимых для управления электричеством и его использования. Поначалу эти концепции может быть трудно понять, потому что мы не можем их «видеть». Нельзя невооруженным глазом увидеть энергию, текущую по проводу, или напряжение батареи, лежащей на столе. Даже молния в небе, хотя и видимая, на самом деле является не обменом энергией, происходящим от облаков к земле, а реакцией воздуха на проходящую через него энергию. Чтобы обнаружить эту передачу энергии, мы должны использовать инструменты измерения, такие как мультиметры, анализаторы спектра и осциллографы, чтобы визуализировать то, что происходит с зарядом в системе. Не бойтесь, однако, этот учебник даст вам общее представление о напряжении, токе и сопротивлении и о том, как они связаны друг с другом.

Георг Ом

Описано в этом руководстве

• Как электрический заряд связан с напряжением, током и сопротивлением.
• Что такое напряжение, ток и сопротивление.
• Что такое закон Ома и как с его помощью понять электричество.
• Простой эксперимент для демонстрации этих концепций.

Рекомендуемая литература

Электрический заряд

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

Три основных принципа этого руководства можно объяснить, используя электроны, или, точнее, создаваемый ими заряд:

• Напряжение — это разница заряда между двумя точками.
• Ток — скорость, с которой течет заряд.
• Сопротивление — это способность материала сопротивляться потоку заряда (току).

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

Георг Ом — баварский ученый, изучавший электричество.Ом начинается с описания единицы сопротивления, которая определяется током и напряжением. Итак, давайте начнем с напряжения и пойдем оттуда.

Напряжение

Мы определяем напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками цепи. Одна точка имеет больший заряд, чем другая. Эта разница заряда между двумя точками называется напряжением. Он измеряется в вольтах, что технически представляет собой разность потенциалов между двумя точками, которые передают один джоуль энергии на кулон проходящего через них заряда (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 обозначается в уравнениях и схемах буквой «V».

• Вода = заряд (измеряется в кулонах)
• Давление = Напряжение (измеряется в вольтах)
• Расход = ток (измеряется в амперах или для краткости «ампер»)
• Ширина шланга = сопротивление

Сопротивление

Рассмотрим еще раз наши два резервуара для воды, один с узкой трубой, а другой с широкой трубой.

Само собой разумеется, что мы не можем пропустить через узкую трубу столько же объема, сколько через более широкую при том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба «сопротивляется» потоку воды через нее, хотя вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.

В электрических терминах это представлено двумя цепями с одинаковыми напряжениями и разными сопротивлениями. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему заряду, а это означает, что через цепь с более высоким сопротивлением протекает меньший ток.18 электронов. Это значение обычно обозначается на схемах греческой буквой «Ω», которая называется омега и произносится как «ом».

Закон Ома

Объединив элементы напряжения, силы тока и сопротивления, Ом вывел формулу:

Где

• В = напряжение в вольтах
• I = ток в амперах
• R = сопротивление в омах

Это называется законом Ома.Допустим, 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 бак с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 вольт, а «узость» (сопротивление течению) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам поток (ток) в 1 ампер.

Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на бак с узким шлангом. Поскольку шланг уже, 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 равно

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

Значит, в баке с большим сопротивлением ток меньше. Теперь мы можем видеть, что если мы знаем два значения закона Ома, мы можем найти третье.Продемонстрируем это на эксперименте.

Эксперимент по закону Ома

В этом эксперименте мы хотим использовать 9-вольтовую батарею для питания светодиода. Светодиоды хрупкие, и через них может протекать только определенное количество тока, прежде чем они сгорят. В документации на светодиод всегда будет «номинальный ток». Это максимальное количество тока, которое может протекать 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 вносит в цепь то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя величину тока, протекающего через нее. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы пренебрежем токовыми характеристиками светодиода и выберем значение резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно ниже 20 мА.

В этом примере у нас есть 9-вольтовая батарея и красный светодиод с номинальным током 20 миллиампер или 0.020 ампер. Чтобы быть в безопасности, мы бы предпочли не управлять светодиодом с его максимальным током, а скорее рекомендуемым током, который указан в его спецификации как 18 мА или 0,018 ампер. Если мы просто подключим светодиод напрямую к батарее, значения закона Ома будут выглядеть так:

поэтому:

и так как у нас пока нет сопротивления:

Деление на ноль дает нам бесконечный ток! Ну, на практике не бесконечный, а столько тока, сколько может выдать батарея. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через наш светодиод протекал такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:

Точно так же мы можем использовать закон Ома для определения номинала резистора, который даст нам желаемое значение тока:

поэтому:

подставляем наши значения:

решение для сопротивления:

Итак, нам нужен резистор номиналом около 500 Ом, чтобы поддерживать ток через светодиод ниже максимального номинального тока.

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

Успех! Мы выбрали сопротивление резистора, достаточно высокое, чтобы ток через светодиод оставался ниже его максимального номинала, но достаточно низкое, чтобы тока было достаточно, чтобы светодиод оставался красивым и ярким.

Этот пример со светодиодом и токоограничивающим резистором часто встречается в любительской электронике. Вам часто придется использовать закон Ома, чтобы изменить величину тока, протекающего через цепь. Другой пример этой реализации можно увидеть в светодиодных платах LilyPad.

При такой настройке вместо выбора резистора для светодиода резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока выполняется без необходимости добавления резистора вручную.

Ограничение тока до или после светодиода?

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

Многие люди, впервые изучающие электронику, сомневаются в том, что токоограничивающий резистор может располагаться с любой стороны светодиода, и схема будет работать как обычно.

Представьте себе реку в непрерывной петле, бесконечную, круговую, текущую реку. Если бы мы поместили в нем плотину, вся река перестала бы течь, а не только один берег. Теперь представьте, что мы помещаем в реку водяное колесо, которое замедляет течение реки. Неважно, в каком месте круга находится водяное колесо, оно все равно будет замедлять течение всей реки .

Это упрощение, так как токоограничивающий резистор не может быть размещен где-либо в цепи ; его можно разместить на с любой стороны светодиода для выполнения своей функции.

Для более научного ответа обратимся к закону Кирхгофа о напряжении. Именно из-за этого закона токоограничивающий резистор может располагаться с любой стороны светодиода и при этом иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и решения некоторых практических задач по использованию KVL посетите этот веб-сайт.

Ресурсы и продолжение

Теперь вы должны понимать, что такое напряжение, ток, сопротивление и как они связаны между собой. Поздравляем! 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 учебными пособиями.

Закон Ома и взаимосвязь V-I-R

В физике есть определенные формулы, настолько мощные и всеобъемлющие, что они достигают уровня общеизвестности.Студент-физик столько раз записывал такие формулы, что запоминал их, даже не пытаясь. Конечно, для профессионалов в этой области такие формулы настолько важны, что они запечатлеваются в их сознании. В области современной физики есть E = m • c ² . В области ньютоновской механики есть F _net = m • a. В области волновой механики есть v = f • λ. А в поле тока электричества есть ΔV = I • R.

Преобладающим уравнением, которое пронизывает изучение электрических цепей, является уравнение

Другими словами, разность электрических потенциалов между двумя точками цепи ( ΔV ) эквивалентна произведению тока между этими двумя точками ( I ) и общего сопротивления всех электрических устройств между этими двумя точками ( Р ).В оставшейся части этого раздела «Класс физики» это уравнение станет наиболее распространенным уравнением, которое мы видим. Часто называемое уравнением закона Ома , это уравнение является мощным предиктором взаимосвязи между разностью потенциалов, током и сопротивлением.

Уравнение закона Ома можно изменить и выразить как

В виде уравнения это служит алгебраическим рецептом для расчета тока, если известны разность электрических потенциалов и сопротивление. Тем не менее, хотя это уравнение служит мощным рецептом решения проблем, оно представляет собой гораздо больше. Это уравнение указывает две переменные, которые могут повлиять на величину тока в цепи. Ток в цепи прямо пропорционален разности электрических потенциалов на ее концах и обратно пропорционален общему сопротивлению, обеспечиваемому внешней цепью. Чем больше напряжение батареи (т. е. разность электрических потенциалов), тем больше ток. И чем больше сопротивление, тем меньше ток.Заряд течет с наибольшей скоростью, когда напряжение батареи увеличивается, а сопротивление уменьшается. В самом деле, двукратное увеличение напряжения батареи приведет к двукратному увеличению тока (если все остальные факторы остаются равными). А увеличение сопротивления нагрузки в два раза приведет к уменьшению тока в два раза до половины его первоначального значения.

В таблице ниже эта взаимосвязь качественно и количественно иллюстрируется для нескольких цепей с различными напряжениями и сопротивлениями аккумуляторов.

Строки 1, 2 и 3 показывают, что удвоение и утроение напряжения батареи приводит к удвоению и утроению тока в цепи. Сравнение строк 1 и 4 или строк 2 и 5 показывает, что удвоение общего сопротивления позволяет вдвое уменьшить ток в цепи.

Поскольку на ток в цепи влияет сопротивление, резисторы часто используются в цепях электроприборов, чтобы влиять на величину тока, присутствующего в его различных компонентах.Увеличивая или уменьшая величину сопротивления в конкретной ветви цепи, производитель может увеличивать или уменьшать величину тока в этой ветви . Кухонные приборы, такие как электрические смесители и регуляторы освещенности, работают, изменяя ток на нагрузке путем увеличения или уменьшения сопротивления цепи. Нажатие различных кнопок на электрическом миксере может изменить режим с смешивания на взбивание, уменьшив сопротивление и позволив большему току присутствовать в миксере.Точно так же поворот диска на диммерном переключателе может увеличить сопротивление его встроенного резистора и, таким образом, уменьшить ток.

На приведенной ниже схеме изображена пара цепей, содержащих источник напряжения (батарейный блок), резистор (лампочка) и амперметр (для измерения силы тока). В какой цепи лампочка имеет наибольшее сопротивление? Нажмите кнопку «Просмотреть ответ», чтобы убедиться, что вы правы.

Уравнение закона Ома часто исследуется в физических лабораториях с использованием резистора, аккумуляторной батареи, амперметра и вольтметра.Амперметр — это прибор, используемый для измерения силы тока в заданном месте. Вольтметр — это устройство, оснащенное щупами, которые можно прикоснуться к двум точкам цепи, чтобы определить разность электрических потенциалов в этих точках. Изменяя количество элементов в аккумуляторной батарее, можно изменять разность электрических потенциалов во внешней цепи. Вольтметр можно использовать для определения этой разности потенциалов, а амперметр можно использовать для определения тока, связанного с этим ΔV. Батарея может быть добавлена ​​к блоку батарей, и процесс может быть повторен несколько раз, чтобы получить набор данных I-ΔV. График зависимости I от ΔV даст линию с наклоном, эквивалентным обратной величине сопротивления резистора. Это можно сравнить с заявленным производителем значением, чтобы определить точность лабораторных данных и достоверность уравнения закона Ома.

Склонность обращать внимание на единицы измерения — неотъемлемая черта любого хорошего студента-физика.Многие трудности, связанные с решением задач, могут быть связаны с неспособностью уделить внимание единицам. По мере того, как все больше и больше электрических величин и соответствующих им метрических единиц вводятся в этот раздел учебника «Класс физики», становится все более важным организовать информацию в вашей голове. В таблице ниже перечислены некоторые количества, которые были введены до сих пор. Символ, уравнение и соответствующие метрические единицы также перечислены для каждой величины.Было бы разумно часто обращаться к этому списку или даже сделать свою собственную копию и дополнять ее по мере продвижения модуля. Некоторые учащиеся считают полезным сделать пятую колонку, в которой указано определение каждой величины.

(Обратите внимание, что символ единицы измерения C представляет единицу измерения Кулоны. )

 

В следующем разделе Урока 3 мы еще раз рассмотрим количественную силу. Новое уравнение для мощности будет введено путем объединения двух (или более) уравнений из приведенной выше таблицы.

1. Что из следующего приведет к уменьшению тока в электрической цепи? Выберите все подходящие.

а. уменьшить напряжение

б. уменьшить сопротивление

с. увеличить напряжение

д.увеличить сопротивление

2. Некоторая электрическая цепь содержит батарею с тремя ячейками, провода и лампочку. Что из нижеперечисленного заставит лампочку светить менее ярко? Выберите все подходящие.

а. увеличить напряжение батареи (добавить еще одну ячейку)

б. уменьшить напряжение батареи (удалить элемент)

с.уменьшить сопротивление цепи

д. увеличить сопротивление цепи

 

3. Вас, вероятно, предупредили, что следует избегать контакта с электрическими приборами или даже электрическими розетками мокрыми руками. Такой контакт более опасен, когда ваши руки мокрые (а не сухие), потому что мокрые руки вызывают ____.

а.напряжение цепи должно быть выше

б. напряжение цепи должно быть ниже

с. ваше сопротивление должно быть выше

д. ваше сопротивление должно быть ниже

эл. ток через вас будет ниже

4. Если бы сопротивление цепи увеличить втрое, то ток в цепи был бы ____.

а. одна треть

б. в три раза больше

с. без изменений

д. … бред какой то! Не было бы никакой возможности сделать такой прогноз.

5. Если напряжение в цепи увеличить в четыре раза, то ток в цепи будет ____.

а.одна четвертая часть

б. в четыре раза больше

с. без изменений

д. … бред какой то! Не было бы никакой возможности сделать такой прогноз.

6. Схема соединена с источником питания, резистором и амперметром (для измерения силы тока). Амперметр показывает ток 24 мА (миллиампер). Определить новый ток, если напряжение источника питания было …

а. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.

б. … увеличилось в 3 раза, а сопротивление осталось постоянным.

с. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление осталось постоянным.

д. … оставался постоянным, а сопротивление увеличивалось в 2 раза.

эл. … оставался постоянным, а сопротивление увеличивалось в 4 раза.

ф…. оставался постоянным, а сопротивление уменьшалось в 2 раза.

г. … увеличилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.

ч. … увеличилось в 3 раза, а сопротивление уменьшилось в 2 раза.

я. … уменьшилось в 2 раза, а сопротивление увеличилось в 2 раза.

7.Используйте уравнение закона Ома, чтобы дать численные ответы на следующие вопросы:

а. Электрическое устройство с сопротивлением 3,0 Ом пропустит через себя ток силой 4,0 А, если на устройство будет воздействовать падение напряжения ________ Вольт.

б. Когда на электрический нагреватель подается напряжение 120 В, через нагреватель потечет ток силой 10,0 ампер, если сопротивление составляет ________ Ом.

с. Фонарик, который питается от 3 Вольт и использует лампочку с сопротивлением 60 Ом, будет иметь силу тока ________ Ампер.

8. Используйте уравнение закона Ома, чтобы определить недостающие значения в следующих цепях.

9. См. вопрос 8 выше. В цепях схем А и Б каким способом регулировали ток в цепях? А в цепях схем С и Г каким методом регулировали ток в цепях?

Текущее электричество — Мир науки

Цели

• Описать компоненты, необходимые для замыкания электрической цепи.

• Продемонстрируйте различные способы замыкания цепи (параллельные или последовательные).

• Определите, как электричество используется в бытовых приборах.

• Опишите связь между электроном и электрическим током.

Материалы

Фон

Электричество используется для работы вашего сотового телефона, питания поездов и кораблей, работы холодильника и двигателей таких машин, как кухонные комбайны. Электрическая энергия должна быть преобразована в другие формы энергии, такие как тепло, свет или механическая, чтобы быть полезной.

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами.Атом обычно имеет одинаковое количество протонов (имеющих положительный заряд) и электронов (имеющих отрицательный заряд). Иногда электроны могут удаляться от своих атомов.

Электрический ток — это движение электронов по проводу. Электрический ток измеряется в ампер (ампер) и относится к количеству зарядов, которые перемещаются по проводу в секунду.

Чтобы протекал ток, цепь должна быть замкнута; другими словами, должен быть непрерывный путь от источника питания через цепь, а затем обратно к источнику питания.

Параллельный контур (верхний)

Цепь серии (нижняя)

Напряжение иногда называют электрическим потенциалом и измеряется в вольт . Напряжение между двумя точками цепи — это общая энергия, необходимая для перемещения небольшого электрического заряда из одной точки в другую, деленная на размер заряда.

Сопротивление измеряется в Ом и относится к силам, противодействующим потоку электронного тока в проводе.Мы можем использовать сопротивление в свою пользу, преобразуя электрическую энергию, теряемую в резисторе, в тепловую энергию (как в электрической плите), световую энергию (лампочка), звуковую энергию (радио), механическую энергию (электрический вентилятор) или магнитную энергию. энергия (электромагнит). Если мы хотим, чтобы ток протекал прямо из одной точки в другую, мы должны использовать провод с как можно меньшим сопротивлением.

Простая аналогия, помогающая понять эти тер мс: система водопроводных труб.

• Напряжение эквивалентно давлению воды, которое выталкивает воду в трубу
• Ток эквивалентен скорости потока воды
• Сопротивление похоже на ширину трубы – чем тоньше труба, тем выше сопротивление и тем тяжелее вода, протекающая через нее.

В этой серии заданий учащиеся будут экспериментировать с проводами, батареями и выключателями для создания собственных электрических цепей, одновременно изучая напряжение, силу тока и сопротивление.

Интересный факт!

Вы можете заметить, что символы некоторых единиц СИ (Международная система единиц) в этом плане урока написаны с заглавной буквы, например, вольт (В) и ампер (А), в отличие от тех, к которым вы привыкли. используя (м, кг). Это традиция использовать заглавную букву, когда единица называется в честь человека. В этих случаях единицы были названы в честь Алессандро Вольта и Андре-Мари Ампера. Единица сопротивления также была названа в честь человека (Георг Симон Ом), но использует символ Ω, который представляет собой греческую букву омега.Этим правилам важно следовать, поскольку строчные и прописные буквы могут обозначать разные единицы измерения, например, тонну (т) и тесла (Т). Единственным исключением является то, что допустимо использовать L для обозначения литров, так как букву «l» часто путают с цифрой «1»!

Словарь

амперметр : Прибор, используемый для измерения электрического тока в электрической цепи; единица измерения – ампер или ампер (А).
цепь : Путь для прохождения электрического тока.
проводник : Вещество, состоящее из атомов, которые свободно удерживают электроны, что позволяет им легче проходить через него.
электрический ток : непрерывный поток электрического заряда, перемещающийся из одного места в другое по пути; требуется для работы всех электроприборов; измеряется в амперах или амперах (А).
электрохимическая реакция : Реакция, которая чаще всего включает перенос электронов между двумя веществами, либо вызванный электрическим током, либо сопровождаемый им.
электрод : Проводник, через который ток входит или выходит из объекта или вещества.
электрон : субатомная частица, имеющая отрицательный электрический заряд.
изолятор : Вещество, состоящее из атомов, которые очень крепко удерживают электроны, не позволяя электронам очень легко проходить.
параллельная цепь : тип цепи, которая позволяет току течь по параллельным путям. Электрический ток разделяется между разными путями.Если лампочки соединены в параллельную цепь, а одна из ламп удалена, ток все равно сможет протекать, чтобы зажечь другие лампочки в цепи.
полупроводник : Вещество, состоящее из атомов, удерживающих электроны, с силой между проводником и изолятором.
последовательная цепь : Цепь, в которой все компоненты соединены по одному пути, так что через все компоненты протекает один и тот же ток. Если вынуть одну из лампочек, цепь разорвется, и ни один из других огней не будет работать.
напряжение : разность потенциалов между двумя точками цепи, например положительным и отрицательным полюсами батареи. Его часто называют «толчком» или «силой» электричества. Возможно иметь напряжение без тока (например, если цепь неполная и электроны не могут течь), но невозможен ток без напряжения. Измеряется в вольтах (В).
вольтметр : прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками цепи.

Прочие ресурсы

до н.э. Гидро | Power Smart для школ

до н.э. Гидро | Изучение простых схем

до н.э. Гидро | Изучение последовательных и параллельных цепей

до н.э. Гидро | Электробезопасность

Как это работает | Как работают светоизлучающие диоды

Чтобы приобрести мини-лампочки для рождественской елки: Home Depot, Canadian Tire

Для приобретения небольших учебных лампочек (номинальной мощностью не более 2 вольт каждая): Boreal Science

Раздел F: Ватты, Вольты и Амперы, о боже! — Энергетическое образование: концепции и практика

Мощность  и время использования  являются факторами, определяющими, сколько энергии используется электрическим прибором или частью оборудования.Мощность — это скорость, с которой энергия используется или выполняется работа в единицу времени. Электрическая мощность обычно измеряется в ваттах; следовательно, электрическая мощность часто упоминается как мощность. Чем выше мощность, тем большее количество электроэнергии потребляет электроприбор или часть оборудования в течение определенного периода времени. Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт потребляет в два раза больше электроэнергии и производит вдвое больше тепла за одну минуту, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт.

 Однако прибор с более высокой мощностью не будет потреблять много энергии, если он используется всего несколько секунд, в то время как прибор с меньшей мощностью может потреблять много энергии, если он используется в течение нескольких часов.Например, микроволновая печь мощностью 1200 Вт, используемая всего 30 секунд, потребляет меньше энергии, чем микроволновая печь мощностью 600 Вт за полчаса.

Соотношение между мощностью, временем использования и энергией, потребляемой прибором или частью оборудования, может быть выражено следующей формулой:

Мощность (мощность) x время = потребление энергии

Используя эту формулу, мы можем сравнить энергию, потребляемую электроприборами и оборудованием, чтобы увидеть, какие из них потребляют больше всего электроэнергии.

Информация на этикетке говорит нам о том, что для работы микроволновой печи требуется 120 вольт электричества в виде переменного тока (AC), и она потребляет 5 ампер (ампер) тока во время ее использования.Число 60 Гц означает, что ток меняется со скоростью 60 раз в секунду. Мощность микроволновки 600 Вт.

Если на приборе указаны напряжение и сила тока, а мощность не указана, мощность в ваттах можно рассчитать, умножив напряжение на силу тока. Используя информацию на этикетке микроволновой печи, мощность в ваттах равна  Напряжение x Ток = Мощность .

120 вольт x 5 ампер = 600 ватт

Если микроволновая печь используется в среднем полчаса каждый день, среднее количество энергии, используемой в день, составляет

Мощность x Время = Использование энергии

600 Вт х 0.5 часов в день = 300 ватт-часов в день

Вольт, Ампер и Ватт: что это такое?

Напряжение

Все источники электроэнергии, такие как аккумуляторы или генераторы, могут выполнять работу (например, зажигать лампочки, включать электроприборы). Напряжение описывает этот потенциал. Чем больше напряжение, тем больший потенциал должен совершать источник электричества.

Возможность работать не следует путать с фактическим выполнением работы.Например, батарея, которая стоит на столе, но ни к чему не подключена, имеет напряжение или потенциал для выполнения работы, такой как зажигание лампочки. Однако батарея не зажжет лампочку, если она не подключена к лампочке в электрической цепи. Только тогда аккумулятор действительно будет работать.

Единицей напряжения является вольт. Один вольт определяется как выполнение работы в один джоуль (0,74 фут-фунта) для перемещения одного кулона (6,25 x 10 ¹⁸ ) электронов.

Ток, производимый источниками электроэнергии, бывает двух основных форм: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Постоянный ток   – это ток, протекающий по цепи в одном направлении. Он вырабатывается источниками электричества, у которых положительная (+) клемма всегда остается положительной, а отрицательная (-) клемма всегда остается отрицательной. Например, батарея вырабатывает постоянный ток, потому что клеммы батареи всегда остаются неизменными; отрицательная клемма не меняется на положительную, и наоборот. Следовательно, ток всегда будет течь от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме.

Переменный ток  — это ток, течение которого в цепи периодически меняет направление. Он производится источником электричества, положительные и отрицательные клеммы которого переключаются или чередуются туда и обратно. Другими словами, одна клемма будет переключаться с положительной на отрицательную и обратно на положительную, а другая клемма будет переключаться с отрицательной на положительную и на отрицательную. Чередование клемм с положительного на отрицательный приводит к тому, что ток течет в одном направлении, затем в обратном направлении и обратно в исходное направление и так далее.Электрические генераторы на электростанциях по всей территории Соединенных Штатов производят переменный ток, который меняет направление 60 раз в секунду. Единицей, используемой для описания скорости изменения тока, является цикл в секунду, или герц (Гц).

Обычно мощность определяется как скорость выполнения работы или использования энергии в единицу времени. Электроэнергия конкретно относится к скорости, с которой источник электроэнергии производит энергию, или относится к скорости, с которой электрическое устройство, прибор или часть оборудования преобразует электрическую энергию в другие формы энергии.Чем быстрее источник электроэнергии (например, генератор) производит электрическую энергию, тем больше его выходная мощность. Чем быстрее электрическое устройство (например, лампочка) преобразует электрическую энергию в световую и тепловую, тем больше потребляемая им мощность. Электрическая мощность связана с напряжением и током по следующей формуле: Мощность = Напряжение x Ток

Единицей электрической мощности является ватт. Один ватт определяется как один джоуль (0,74 фут-фунта) в секунду или один вольт, умноженный на один ампер.Поскольку единица ватт используется очень часто, электрическая мощность часто упоминается как мощность в ваттах.

Напряжение, ток, сопротивление и электрическая мощность, общие основные электрические формулы, математические расчеты, калькулятор, формула для расчета мощности, энергия, работа, уравнение, мощность, ватты, общая электрическая круговая диаграмма, расчет электричества, электрическая ЭДС, напряжение, мощность, формула, уравнение, два разных уравнения для расчета мощности, общий закон Ома, аудиофизика.

Номинальный импеданс Z = 4, 8 и 16 Ом (громкоговорители) часто принимают в качестве сопротивления Р . Уравнение закона Ома (формула): В = I × R и уравнение степенного закона (формула): P = I × В . P = мощность, I или J = латинское: influare, международный ампер или интенсивность и R = сопротивление. В = напряжение, разность электрических потенциалов Δ В или E = электродвижущая сила (ЭДС = напряжение).

В происходит от «напряжение», а E от «электродвижущая сила (ЭДС)». E означает также энергия , поэтому мы выбираем V . Энергия = напряжение × заряд. Е = В × Q . Некоторым лучше придерживаться E вместо V , так что делайте это. Для R возьмите Z .

См. также:

Power Formula 1 — Уравнение электроэнергии: Power = P = P = R × I 2 = V 2 / R , где мощность P указана в ваттах, напряжение В указано в вольтах, а сила тока I — в амперах (постоянного тока). Если есть переменный ток, посмотрите также на коэффициент мощности PF = cos φ и φ = угол коэффициента мощности (фазовый угол) между напряжением и силой тока.  Электричество Энергия равно E = P × t − измеряется в ватт-часах или также в кВтч. 1j = 1n × m = 1w × S Power Formula 2 — Уравнение механической мощности: Power P = E / T , где питание P Вт, Мощность P = работа/время ( Вт ⁄ т ). Энергия E в джоулях, а время t в секундах. 1 Вт = 1 Дж/с.  Мощность = сила, умноженная на смещение, деленная на время P = F × с/т или Мощность = сила, умноженная на скорость (скорость) P = F × v.   Неискаженного мощного звука в этих формулах не найти. Пожалуйста, берегите уши! Барабанная перепонка и диафрагмы микрофона действительно двигаются только волнами . звуковое давление .Что не делает ни интенсивность, ни мощность, ни энергия. Если вы занимаетесь аудиозаписью, разумно не заботиться об энергии, мощность и интенсивность как причина , больше заботьтесь о эффекте звукового давления p и уровень звукового давления в ушах и у микрофонов и посмотрите на соответствующий напряжение звука В ~ p ; см.: Звуковое давление и звуковая мощность — следствие и причина  Очень громко звучащие динамики будут иметь большую мощность, но лучше присмотреться к самому важна эффективность громкоговорителей.Сюда входит типичный вопрос: Сколько децибел (дБ) на самом деле в два или три раза больше громкости?  На самом деле среднеквадратичная мощность отсутствует. Слова «среднеквадратическая мощность» неверны. Есть расчет мощности, которая является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока. Вт RMS не имеет смысла. На самом деле, мы используем этот термин как крайнее сокращение мощности в 90 810. ватты рассчитаны по измерению среднеквадратичного значения напряжения. Пожалуйста, прочитайте здесь: Почему не существует таких понятий, как «среднеквадратичное значение ватт» или «ватт среднеквадратичное значение» и никогда не было.  Мощность «среднеквадратичное значение» – довольно глупый термин, получивший распространение среди специалистов по аудиотехнике. Мощность – это количество энергии, которое преобразуется в единицу времени. Ожидайте платить больше, когда требуя большей мощности.

Андр-Мари Ампре был французским физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического тока в системе СИ, ампера . Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта был итальянским физиком. Его именем названа единица измерения электрического напряжения в системе СИ вольт . Георг Симон Ом был немецким физиком и математиком. Его именем названа единица измерения электрического сопротивления в системе СИ Ом Ом. Джеймс Уатт был шотландским изобретателем и инженером-механиком. Его именем названа единица измерения электрической мощности (мощности) в системе СИ ватт .

Слово «усилитель мощности» используется неправильно, особенно в аудиотехнике. Напряжение и ток могут быть усилены. Странный термин «усилитель мощности» стал пониматься как усилитель, предназначенный для управления нагрузкой например громкоговоритель. Мы называем произведение усиления по току и усиления по напряжению «усилением мощности».

С помощью магического треугольника можно легко вычислить все формулы. Вы прячетесь с
пальцем вычисляемое значение. Два других значения показывают, как производить вычисления.
 

Расчеты: закон Ома – магический треугольник Ома
Измерение входного и выходного импеданса

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК (AC) ~

В _l = линейное напряжение (В), В _p = фазное напряжение (В), I _l = линейный ток (А), I _{p = фазный ток ампер)
Z = импеданс (Ом), P = мощность (ватт), φ = угол коэффициента мощности, VAR = вольтампер (реактивный)}

Поток электрического заряда Q называется электрическим током I. Сумма заряда в единицу времени это изменение электрического тока. Ток течет при постоянной величине I. за время t , он переносит заряд Q = I × t . Для постоянной во времени мощности соотношение между зарядом и током: I = Q/t или Q = I×t. Благодаря этому соотношению основные единицы ампер и секунды кулон в Установлена ​​международная система единиц.Кулоновскую единицу можно представить как 1 C = 1 A × s. Зарядка Q , (единица измерения в ампер-часах Ач), ток разряда I , (единица измерения в амперах А), время t , (единица измерения в часах ч).

В акустике у нас есть » Акустический эквивалент закона Ома »

Соотношения акустических величин, связанных с плоскими прогрессивными звуковыми волнами

Преобразование многих единиц, таких как мощность и энергия

префиксы | длина | площадь | объем | вес | давление | температура | время | энергия | сила | плотность | скорость | ускорение | сила

[начало страницы]