Напряжение, ток и сопротивление
Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь через проводник, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться.
Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.
Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением.
Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками.
Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку.
Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.
Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению.
Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением.
Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока.
Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками.
По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.
Чтобы протекал ток необходима замккутая цепь. От начало источника Напряжения, до возврата к источнику Напряжения.
В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:
Закон Ома
Закон Ома — это основной закон электродинамики, который выводит взаимосвязь между ключевыми понятиями электрической цепи: силой тока, напряжением и сопротивлением.
Формулировки и основные формулы
Закон Ома формулируется так: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению в проводнике и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
Пояснения к закону:
- Чем выше напряжение в проводнике, тем выше будет и сила тока в этом проводнике.
- Чем выше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем.
Повторим обозначение основных параметров, характеризующих электроцепь:
- I — сила электротока;
- U — напряжение;
- R — сопротивление.
Зная Напряжение и сопротивление, можем вычислить ток
Зная Напряжение и Сопротивление, можем вычислить Ток.
Но мы также можем вычислить Напряжение, зная Ток и Сопротивление или вычислить Сопротивление зная Ток и Напряжение.
Задача для примера:
Найти силу тока в лампочке накаливания, если его включили в сеть напряжением 220 В, а сопротивление нити накаливания равно 880 Ом.
Решение:
Возьмем закон Ома для участка цепи:
I = U/R
Подставим значения:
I = 220/880 = 0,25 А
Ответ: сила тока, проходящего через лампочку, равна 0,25 А
Что такое мощность электрического тока
Мощность электрического тока является величиной, которая показывает какая работа была совершена электрическим током.
Она определяется силой тока и напряжением. Единицей измерения является Ватт, в честь первооткрывателя этой величины. Обозначается она буквами Вт, в английском языке буквой W. В формулах эта характеристика имеет другое условное обозначение – латинская буква Р.
Измеряется мощность тока ваттметром. Найти мощности нужно умножив силу тока на напряжение, то есть амперы на вольты получаем Ватты.
Проанализировав полученную формулу, можно заключить, что силовой показатель зависит одинаково от тока и напряжения.
То есть, одно и тоже значение возможно получить при низком напряжении и большом тока, или при высоком напряжении и низком токе.
Пользуясь зависимостью мощности от напряжения и силы тока, инженеры научились передавать электричество на большие расстояния путем преобразования энергии на понижающих и повышающих трансформаторных подстанциях.
Постоянный и переменный ток
В электротехнике есть два рода тока – постоянный и переменный.
Устройства требуют для питания один или другой вид тока.
От этого зависит возможность их работы, а иногда происходит возгорание или поломка оборудования, после подключения к неправильному питанию.
Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении. От плюса к минусу. Не меняя полярность подключения. Обозначается как Direct Current – DC.
Источниками постоянного тока как правило являются гальванические элементы (батарейки аккумуляторы).
Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление (периодически с минуса на плюс) . Причем меняет в равные промежутки времени.(Alternative Current – AC)
Частота электрического тока
Переменный ток имеет ряд важных характеристик, влияющих на его физические свойства. Одним из таких параметров является частота переменного тока.
Частота – это это количество полных циклов изменения направления движения электрического тока , произошедших за одну секунду.
Переменный ток заставляет электроны двигаться в проводнике сначала в одну сторону, потом — в обратную. Полный путь «туда-обратно» они совершают за некий промежуток времени, называемый периодом переменного тока.
Частота же является количеством таких колебаний за 1 секунду.
Частота обозначается буквой f и выражается в периодах в секунду или в Герцах.
Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.
1000 Гц = 103 Гц = 1 кГц;
1000 000 Гц = 106 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;
1000 000 000 Гц = 109 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;