Это очень серьезная тема. Давайте рассмотрим ее внимательно. По сути, все просто. Общее сопротивление электрической цепи – это сопротивление, которое цепь оказывает напряжению. Но на этом простота заканчивается. Есть два типа напряжения: переменное и постоянное. Есть два типа сопротивления: активное и реактивное (которое в свою очередь делится на ёмкостное и индуктивное). Активное сопротивление не зависит от изменения частоты сети, ему все равно, какой ток будет протекать: постоянный или переменный. А вот реактивное сопротивление зависит от частоты, причем ёмкостное () или индуктивное ( , дроссели, электродвигатели и т.д.) очень сильно зависят и ведут себя по-разному. Так же, в общее сопротивление входит сопротивление проводов. Сопротивления могут включаться как параллельно, так и последовательно, что тоже имеет свои последствия.
Так чему же равно общее сопротивление электрической цепи?
Для начала окунемся в основы электротехники с головой.
Индуктивное сопротивление. XL= ω·L, где L –индуктивность, ω=2π·f, где f – частота сети. Как видим, с увеличением частоты растет и сопротивление, таким образом, для напряжения высокой частоты катушка становится очень большим сопротивлением.
Емкостное сопротивление Xc= 1/ω·C, где C – емкость. А из этой формулы видно, что сопротивление конденсатора уменьшается, если частота сети повышается. Таким образом, для постоянного тока конденсатор становится бесконечно большим сопротивлением.
Как я и обещал в начале статьи, индуктивное и емкостное сопротивление при переменном токе ведут себя по-разному.
Общее сопротивление индуктивности состоит из двух сопротивлений активного (это сопротивление обмотки постоянному напряжению) и индуктивного, которое мы уже рассмотрели выше. Таким образом, общее (или эквивалентное) сопротивление катушки индуктивности будет выглядеть так. Rобщ или правильнее будет Z^2=(Ха)^2+(ХL)^2, где Z – общее сопротивление цепи, XA – сопротивление катушки постоянному току (проще выражаясь, сопротивление обмотки, которое мы измеряем тестером), XL – индуктивное сопротивление.
Теперь, когда мы разобрались с такими сложными сопротивлениями, как емкостное и индуктивное и можем их привести ко вполне определенному виду можно приступать к другой, не менее интересной части.
Последовательное и параллельное соединение.
В последовательном соединении все довольно просто.
Берем один резистор, к нему второй, третий и т.д. и значения всех резисторов просто складываем друг с другом. Получаем общее сопротивление. То есть, если мы включим 10 резисторов по 10 Ом последовательно, то получим сопротивление 100 Ом. Rобщ=R1+R2+…+Rn
В параллельном все чуть сложнее. Чтобы было понятно, представьте себе длинный широкий коридор, который поделен на десять отсеков. Чтобы пройти из одной части коридора в другую, надо пройти через дверь. Чтобы дойти до конца, надо пройти через все двери – это последовательное соединение. А в параллельном у вас есть точка А и точка Б, и вы можете пройти через 10 дверей из одной точки в другую. Если одна дверь шире, а другая уже, то через широкую дверь пройдет больше людей, чем через узкую. Такой же принцип и у параллельного соединения сопротивлений. Если сопротивления одинаковые по значению, нужно сопротивление одного резистора разделить на их количество. Если мы соединим параллельно 10 резисторов по 10 Ом, то получим сопротивление 1 Ом. Rобщ=(R1+R2+…+Rn)/n, где n – количество резисторов. Если же резисторы не имеют одинакового значения, то формула будет выглядеть так:
Если использовать только два сопротивления, то есть упрощенная формула:
Таким образом, чем больше сопротивлений включено параллельно, тем меньше будет общее сопротивление цепи.
Подведем итог. Для подсчета общего сопротивления цепи надо привести ёмкостные и индуктивные сопротивления к эквивалентному сопротивлению, нарисовать схему. И начнем считать.
Сопротивление цепи. Мы уже упоминали, что при последовательном включении ламп все лампы должны быть одинаковыми. Что же будет, если мы включим последовательно разные лампы?
Возьмем для примера одну лампу в 50 Вт и одну лампу в 100 Вт, рассчитанные на 120 В, и включим их последовательно генератору с напряжением 240 В.
Получим ли мы теперь на каждой из ламп половинное напряжение, т. е. 120 В? Нет. На 100-ваттной лампе напряжение будет всего лишь 80 В, а на 50-ваттной напряжение будет 160 В. Складывая эти напряжения (80 В+ + 160 В), мы получаем в сумме 240 В, т. е. как раз напряжение источника.
Но как объяснить, что напряжение на одной лампе получается больше, чем на другой?
На этот вопрос отвечают так: лампы имеют различное сопротивление, а ток в обеих лампах одинаковый (лампы, включены последовательно); чтобы создать один и тот же ток в лампах с разными сопротивлениями, нужны разные напряжения.
В нашей первой схеме (параллельное включение) мы видели, что при одном и том же напряжении в лампе меньшей мощности был и меньший ток. Даже можно сказать точнее: в лампе, мощность которой в 2 раза меньше, ток также в 2 раза меньше. Значит, эта лампа имеет в 2 раза большее сопротивление.
Если теперь лампы включены последовательно, ток в них будет одинаковым. Но сопротивление одной лампы в 2 раза больше сопротивления другой, поэтому на лампу с большим сопротивлением (и меньшей мощностью) придется в 2 раза большее напряжение.
Понятие сопротивления играет в электротехнике очень важную роль. Дадим более точное определение этого понятия:
Сопротивлением какого-либо участка электрической цепи называют отношение напряжения на этом участке цепи к току этого участка.
Иначе говоря, напряжение
Пользуясь буквами и обозначая ток напряжение U, а сопротивление R, мы можем записать это важное соотношение так:
Закон Ома.
Опыт показывает, что сопротивление очень многих проводников не зависит от величины тока.
В частности, сопротивление металлического провода определенных длины и сечения является постоянной величиной, если только при этом не изменяется его температура.
Это позволило немецкому ученому Ому установить следующий важный закон: ток на участке электрической цепи прямо пропорционален напряжению на концах этого участка.
Другими словами, для такого участка цепи отношение напряжения к току остается постоянным.
Оба высказанных утверждения справедливы для большого числа проводниковых материалов при неизменности других физических условий (т. е. при неизменности температуры, давления и т. п.).
Но по определению, приведенному в предыдущем параграфе, отношение напряжения к току есть сопротивление. Значит, физический смысл закона Ома сводится к тому, что сопротивление не зависит от величины тока.
Заметим сразу, что закон Ома справедлив не всегда.
Определив сопротивление как отношение напряжения к току, мы получаем возможность вывести еще два очень важных выражения.
Ими широко пользуются при всевозможных расчетах и часто называют законом Ома.
В самом деле, если сопротивление R равно напряжению U, деленному на ток I, то очевидно, что напряжение равно произведению тока и сопротивления,
Можно использовать и другое определение:
ток равен напряжению, деленному на сопротивление,
Три выражения, вытекающие просто из определения того, что такое сопротивление, позволяют производить расчеты по одной из трех формул:
Мы определили сопротивление как свойство электрической лампы устанавливать определенное соотношение между током и приложенным к ней напряжением.
Однако таким же свойством обладают и другие элементы электрической цепи: реостаты, спирали электрической плитки, обмотки электрических аппаратов и машин, провода, подводящие электрическую энергию, и т. п.
Для того чтобы подчеркнуть и выделить свойство материала обладать сопротивлением, все эти элементы называют резисторами.
Резистор - элемент цепи постоянного тока, обладающий сопротивлением.
На электрических схемах резистор обозначается вытянутым прямоугольником, как показано на рис. 1.10.
Заметим, что слово «резистор» ввели в электротехнику недавно, и до сих пор, говоря о «сопротивлении», многие придают ему двойной смысл.
Рис. 1.10. На схеме изображен резистор, обладающий сопротивлением R и включенный на генератор Г. Последовательно с резистором включен амперметр, параллельно - вольтметр
Под сопротивлением понимают элемент цепи (в этом случае правильнее говорить «резистор») и количественное соотношение между током и напряжением.
Пример 1. В электрической цепи, изображенной на рис. 1.10, вольтметр показывает 12 В, а амперметр 3 А, т. е.
Чему равно сопротивление
Пример 2. Генератор, поддерживающий напряжение , должен быть замкнут на участок цепи, обладающий сопротивлением .
Какой ток установится после замыкания генератора на сопротивление?
Пример 3. На участке цепи, имеющем сопротивление , нужно создать ток .
Каким должно быть напряжение U на этом участке цепи?
Сложение сопротивлений последовательных участков цепи.
Если в цепи имеется два резистора, включенных последовательно одно за другим (рис. 1.11), то сопротивление цепи электрическому току будет равняться сумме этих двух сопротивлений.
Рис. 1.11. Общее сопротивление двух резисторов, включенных последовательно
В самом деле, при последовательном соединении двух участков цепи ток в них один и тот же - I, а общее напряжение U равно сумме напряжений, приходящихся на первый участок и на второй участок
(нам уже встречались такие примеры в § 1.4).
Если мы разделим общее напряжение на ток, то найдем общее сопротивление цепи:
Деля напряжение, отдельных участков на тот же самый ток (ведь участки включены последовательно), найдем сопротивление каждого из участков:
Из последних формул видна справедливость нашего утверждения о том, что общее сопротивление двух последовательно включенных резисторов равно сумме их сопротивлений, т. е.
Пример 4. Последовательно включены два участка цепи с сопротивлениями
Если не использовать специальные технические решения по увеличению проводимости сопротивление имеют все проводники электротока. Даже провод может оказаться не пригодным при большой силе тока и его придётся заменять, например, медной шиной. Определить величины тока в источнике питания, и в нагрузках позволяет расчет сопротивления электрической цепи .
Два вида соединений элементов может быть в электрической схеме:
- последовательное;
- параллельное.
На изображении выше показаны четыре нагрузки. Из них R1 и R2 соединены последовательно, так же, как и нагрузка R3 c R4. Но в этой схеме есть и параллельное соединение: R1и R2 параллельны R3 и R4.
В любых электрических цепях элемент с функциями сопротивления именуется как «резистор». Если в электрической схеме n резисторов соединены последовательно величины их сопротивлений суммируются. Следовательно, общее сопротивление электрической цепи Rобщ.
- Rобщ.=R1+R2+…+Rn
При параллельном соединении n резисторов для Rобщ. справедливо выражение
Сколько бы ни было резисторов в электрической схеме их можно заменить одним элементом эквивалентного сопротивления и определить ток в этом элементе по закону Ома. Для этого шаг за шагом выполняется замена нескольких резисторов одним в соответствии с их соединением – параллельным или последовательным. На примере первого изображения с резисторами R1, R2, R3 и R4 получится следующее. Сначала заменяем R1 и R2 на R5:
- R5= R1+R2
Затем заменяем R3 и R4 на R6:
- R6=R3+ R4
В результате получается новая эквивалентная схема из R5 и R6, соединённых параллельно
А конечный результат определить легко:
- 1/Rобщ.=1/R5 + 1/R6,
- Rобщ.= R5*R6/(R5+R6)
В том случае, когда не удаётся сразу сделать замену нескольких элементов одним, как например, на схеме, показанной ниже
следует сделать её анализ. В приведенном изображении, очевидно, что сумма токов в нагрузках R1 и R2 равна сумме токов в нагрузках R4 и R5. Следовательно, потенциалы точек А и В равны, и могут быть объединены. Ток через нагрузку R3 не течёт. Получаются такие соединения
Эти соединения нагрузок легко преобразуется сначала в два последовательно соединённых элемента, а затем в одно эквивалентное сопротивление. Для более сложных и разветвлённых цепей применяется такой же метод.
Последовательное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.
Параллельное соединение – это соединение, при котором резисторы соединяются между собой обоими контактами. В результате к одной точке (электрическому узлу) может быть присоединено несколько резисторов.
2) Общее сопротивление R общ
При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.
Общее сопротивление R общ
При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается.
Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора.
Формула эквивалентного общего сопротивления при параллельном соединении резисторов:
Для двух одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно половине одного отдельного резистора:
Соответственно, для n одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно значению одного резистора, разделенного на n.
3)Электропроводность, электрическая проводимость, проводимость, способность тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность. Тела, проводящие электрический ток, называются проводниками, в отличие от изоляторов.. .
Основная единица измерения сопротивления - Ом. Удельная проводимость - величина обратная сопротивлению, она измеряется в Сименсах, ранее назывшихся mho. Применительно к сыпучим веществам удобнее говорить об особой проводимости, обычно называемой удельной проводимостью.
Удельная проводимость - это проводимость, измеренная между противоположными сторонами куба вещества со стороной 1 см. Единицей данного типа измерений является Сименс/см. При измерении проводимости воды чаще используются более точные мкС/см (микросименс) и мС/см (миллисименс) .
Соответствующие единицы измерения сопротивления (или удельного сопротивления) - Ом/см, МегаОм/см и килоОм/см. При измерении сверхчистой воды чаще используют МегаОм/см, так как это дает более точные результаты. Сопротивление менее чистой воды, как например, водопроводной, измеряют в килоОм/см.
4) Общее сопротивление при последовательном соединении равно сумме сопротивлений Rсумм=R1+R2+R3...
Ток через все сопротивления протекает один (I). Поэтому ток вычисляешь как Отношение напряжения источника U к Rсумм.
Мощность
P=U*I или P=I*I*R (так как U=I*R).
P1=I*I*R1
P2=I*I*R2
P3=I*I*R3
5) мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков,
равна сумме мощностей на отдельных участках:
При параллельном соединении каждая лампа подсоединяется на своё номинальное напряжение 220 В. при этом в каждой лампе появляется свой номинальный ток, обеспечивающий заданное свечение в соответствии с номинальной мощностью. мощность зависит от сопротивления нити накаливания. чем больше сопротивление нити, тем меньше ток и соответственно меньше номинальная мощность.
при последовательном соединении ток идёт один и тот же в каждой лампе. а напряжение распределяется в зависимости от доли сопротивления каждой лампы по отношению к сопротивлению всей цепи.
для цепи из двух ламп общее напряжение делится.
напряжение на лампе 40 Вт будет 220Х60:(40+60)=132; В.
напряжение на лампе 60 Вт будет 220Х40:(40+60)=80; В.
Loading...