Общее сопротивление участка цепи

Сопротивление участка цепи — это

Можно сравнить с диаметром шланга. На самом деле, для металлической проволоки это отличная аналогия: проволока малого диаметра имеет высокое сопротивление (сильно противостоит протеканию тока), а проволока большого диаметра имеет низкое сопротивление (не сильно противостоит электрическому току). Конечно, тип металла тоже имеет значение. Железная проволока имеет большее сопротивление для данного диаметра, чем медная. Нихромовая проволока имеет еще большее сопротивление.

Причина возникновения: Электрический ток течет, когда электроны движутся по проводнику, например, по металлической проволоке. Движущиеся электроны могут сталкиваться с ионами в металле. Это затрудняет прохождение тока и вызывает сопротивление. Поэтому иногда полезно добавлять в электрическую цепь компоненты, называемые резисторами, чтобы ограничить поток электричества и защитить компоненты в цепи. Сопротивление полезно еще и потому, что оно дает нам возможность защититься от вредной энергии электричества.

Единица измерения

Сопротивление участка цепи измеряется в единицах Ом (Ω). Иногда можно услышать о килоомах, где 1 килоом = 1 000 Ом, или о мегаомах, где 1 мегаом = 1 000 килоомов = 1 000 000 Ом. Провод иногда оценивают по удельному сопротивлению. Стандартной единицей для этой цели является ом на фут (Ом/фут) или ом на метр (Ом/м). Также можно встретить единицу ом на километр (ом/км).

От чего зависит

Может зависеть (и часто зависит) от температуры, силы тока и напряжения, электрических и магнитных полей, от давления на компонент, от направления и ориентации тока внутри, от света и многих других факторов. Эти эффекты часто используются для создания специальных компонентов, таких как датчики, усиливающие компоненты, выпрямляющие компоненты, излучатели и приемники света и т. д.

Ниже приведены удельные сопротивления некоторых материалов для сравнения. Материалы с низким значением удельного сопротивления очень хорошо проводят электричество.

• серебро — 1,00×10⁻⁸;
• медь — 1,68×10⁻⁸;
• алюминий — 2,82×10⁻⁸;
• дерево — 1,00×10¹⁴;
• воздух — 2.30×10¹⁶;
• тефлон — 1.00×10²³.

Наименьшее сопротивление оказывают золото и серебро, но из-за дороговизны изготовления кабелей из этих металлов было принято использовать медь, которая является хорошим проводником и гораздо дешевле.
Из медной проволоки изготавливается большинство токопроводящих кабелей, используемых в цепях низкого и среднего напряжения. Алюминий также используется в меньших масштабах для производства кабелей, которые мы видим на высоковольтных вышках для передачи электрической энергии на большие расстояния.

К металлам, обладающим большим сопротивлением прохождению электрического тока, относится нихромовая проволока (Ni-Cr), состоящая из сплава 80% никеля (Ni) и 20% хрома (Cr). Этот тип проволоки применяется в качестве фиксированного или переменного сопротивления (реостата) для регулирования напряжения или вольтажа в различных электрических устройствах. Кроме того, постоянные резисторы из нихромовой проволоки различного диаметра или толщины также используются для выделения тепла в промышленном оборудовании, а также в широко распространенных бытовых приборах.

К таким приборам относятся утюги, электронагреватели или печи, используемые для обогрева помещения зимой, водонагреватели, сушилки для одежды, фены для волос и большинство электроприборов, основной функцией которых является выделение тепла.

Изменение сопротивления при повышении температуры

Повышение температуры увеличивает сопротивление чистых металлов. Это изменение сопротивления происходит из-за увеличения числа электронов в полосе проводимости и увеличения колебаний атомов внутри проволоки, что уменьшает их подвижность.

При повышении температуры изолятора происходит обратный сценарий. Его сопротивление уменьшается. Причиной этого изменения является увеличение перемещения электронов из полосы проводимости в валентную полосу, так как энергетический зазор между этими двумя полосами велик. Поэтому при увеличении проводимости она уменьшается.

Как найти, формула

В последовательной цепи вы можете рассчитать общее сопротивление, сложив сопротивления всех компонентов.

Например, в последовательной цепи есть следующие резисторы: резистор 6 Ом, резистор 5 Ом и резистор 8 Ом.
Общее Ω последовательной цепи равно R1 + R2 + R3.

R = 6 + 5 + 8;

R = 19 Ω.

Цепь, разветвляющаяся на несколько путей, которые затем соединяются, называется параллельной цепью. Когда ток течет по каждой ветви параллельной цепи, вы можете рассчитать общее сопротивление по следующей формуле:

Общее сопротивление = 1R1+1R2+1R3

Например, если параллельная цепь имеет четыре ветви с сопротивлениями 10 Ом, 2 Ом, 5 Ом и 1 Ом, общее сопротивление можно рассчитать следующим образом:
R = 110+12+15+11;

R = 1+5+2+1010;

R= 1810;

R= 1.8 Ω.

Если нам известны длина и площадь поперечного сечения проводника, то электрическое сопротивление проводника — это произведение удельного сопротивления проводника и длины проводника, деленное на площадь его поперечного сечения.

Электрическое сопротивление определяется следующим соотношением:

R=pL/A

Где R — сопротивление, p — удельное сопротивление проводника, l — длина проводника, A — площадь поперечного сечения проводника.
Из приведенной выше формулы следует, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально его площади. Эту формулу можно лучше понять с помощью аналогии с водопроводной трубой:

1. Когда труба длиннее, ее длина больше, и, следовательно, сопротивление потоку воды велико.
2. Когда труба шире, ее площадь больше, а значит, сопротивление потоку воды низкое.

Формула для расчета сопротивления по закону Ома следующая:

R=V/I

здесь V — падение напряжения на резисторе в вольтах, I — ток, протекающий через резистор.

Внешнее и внутреннее сопротивление

1. Внешнее сопротивление — это противодействие протеканию электрического тока в цепи, вызванное такими элементами, как резисторы, проводники или другие компоненты. Это сопротивление измеряется в омах и может быть использовано для управления величиной тока в цепи.
2. Внутреннее сопротивление, с другой стороны, — это внутреннее противодействие протеканию электрического тока внутри источника энергии, такого как батарея или генератор. Оно вызвано сопротивлением внутри компонентов самого источника питания и может влиять на выходное напряжение и доступный ток.

Формула внутреннего сопротивления

Связь между внутренним сопротивлением (r) и электродвижущей силой (e) в элементах дается формулой:

I (r + R) = e

Где e — электродвижущая сила (вольт), I — ток (А), R — сопротивление нагрузки, а r — внутреннее сопротивление ячейки в омах.

e = V + Ir (или e = IR + Ir)

V — это разность потенциалов (клемма) на ячейке, в то время как ток (I) течет по цепи в уравнении выше.

Ниже приведена связь между внутренним сопротивлением, обозначенным r, и электродвижущей силой, обозначенной e, элемента:

I (r + R) = e.

Здесь мы видим, что величина, обозначенная буквой e = ЭДС, также известная как электродвижущая сила в вольтах, выражается как: I = ток, обозначаемый A, R = сопротивление нагрузки, а r — внутреннее сопротивление элемента, измеряемое в омах.

Перестановка уравнения выше дает следующее:

Другими словами, e = IR + Ir или e = V + Ir.

Примеры решения задач

Решение:

Подставляя значения в формулу, получаем: R=150В/6A=25 Ом.

Решение:
Подставьте R в 2, а V в 6 в закон Ома V = R I.
6 = 2 I
I = 6 / 2 = 3 A.

Решение:

V + Ir = e;

e - V = Ir;

(e - V)/I = r.

В результате r = (3,0 - 2,8)/0,37 = 0,54 Ом.

Электроны, проходящие через ячейку, преобразуют часть электрической энергии в тепловую за счет внутреннего сопротивления ячейки. В результате разность потенциалов, доступная цепи в целом, составляет:

V = E (ЭДС ячейки) - Ir (p.d. через внутренний резистор).

Теперь, из-за внутреннего сопротивления элемента, которое представляет собой электроны, проходящие через элемент, часть электрической энергии преобразуется в тепловую.

Решение:

V = 12 В и R = 24 Ω.

Ток, I = ?

Из закона Ома следует, что I = V/R = 12/24 = 0,5 A.

Решение:

Когда нас просят определить значение Ω при заданных значениях напряжения и тока, мы закрываем R в треугольнике. У нас остаются только V и I, точнее, V / I.

Подставив эти значения в уравнение, мы получим

R = V / I

R = 8 V / 2 A = 4 Ω.

Источник: eesasha.com

Решение:

Для того чтобы найти сопротивление, нужно применить формулу: R1=V1/I. Однако величина V1 не задана, поэтому сначала нужно рассчитать напряжение на резисторе R1. Если мы применим KVL или закон напряжения Кирхгофа для контура в этой цепи, мы можем написать следующее уравнение напряжения: V1=Vs-V2. Таким образом, V1 равно 10V-6V, что составляет 4V.

Теперь у нас есть все необходимое для расчета сопротивления R1. Итак, R1 — это V1/I, что составляет 4 В/1 мА, что дает нам 4 кОм. Таким образом, сопротивление резистора R1 равно 4kΩ.

Источник: problemsphysics.com

Решение:
Используя закон Ома V = R I, найдите напряжение V1 на резисторе R1.
V1 = 8 (0,2) = 1,6 В.

Напряжение на резисторе R1 и напряжение на резисторе R2 одинаковы, так как R1 и R2 соединены параллельно.
Теперь воспользуемся законом Ома, чтобы найти ток I2, проходящий через резистор R2.
1.6 = 4 I2
I2 = 1,6 / 4 = 0,4 A