Jaka jest obecna siła w definicji fizyki. Jaka jest siła prądu, formuły

Definicja obwodu elektrycznego oznacza zbiór pewnych obiektów i urządzeń połączonych ze sobą w określony sposób, które są ścieżką przepływu prąd elektryczny. Wielkością fizyczną charakteryzującą stosunek ładunku, który jest przekrojem przewodnika w czasie, do wartości tego przedziału czasu jest natężenie prądu w obwodzie.

(ArtykułToC: włączony=tak)

Ułóż łańcuch:

generator (źródło energii);
obciążenia (odbiorcy energii);
przewody.

Dzielą się również na rozgałęzione i nierozgałęzione, tj. prosty, gdzie prąd płynący do odbiornika ze źródła energii nie zmienia wartości. Innymi słowy, jego wartość jest taka sama dla wszystkich elementów. Przykładem najprostszego obwodu jest oświetlenie pokoju pojedynczą lampą, gdzie prąd przepływa ze źródła energii przez wyłącznik do żarówki i wraca do źródła.

Łańcuchy rozgałęzione charakteryzują się jednym lub większą liczbą rozgałęzień, tj. po drodze prąd płynący ze źródła rozgałęzia się i przepływa wzdłuż rozgałęzień do niezależnych odbiorców, zmieniając swoją wartość.

Jako przykład służą również jako oświetlenie, ale w obecności żyrandola, składającego się nie z jednej, ale z kilku żarówek i przełącznika wieloczłonowego. Prąd, który dotarł do przełącznika ze źródła, jest dzielony w celu zasilania lamp. Następnie wraca wzdłuż wspólnego przewodu dla nich z powrotem.

Oddział to jeden lub więcej elementów połączonych szeregowo.

Napięcie jest mierzone względem masy, gdzie jego wartość wynosi zero. Prąd płynie od węzła o wysokim napięciu do węzła o niskim napięciu.

Obliczenie napięcia w węźle jest łatwe:

V1-V2=I1*(R1), Gdzie

I1- prąd płynący od węzła 1 do węzła 2;

V1- znane napięcie;

R1 jest rezystancją między tymi węzłami;

V2- żądane napięcie.

Po przeprowadzeniu pewnych działań mamy - V2=V1-(I1*R1).

Prąd gałęzi jest również określany, gdy znane jest napięcie w węźle: Ja 1=(V1-V2)/R1 Lub Ja 1+ I3=I2, co oznacza, że prąd wchodzący do węzła i prąd wychodzący są takie same

Obwody nieliniowe i liniowe

W pierwszym występuje co najmniej jeden element, w którym występuje zależność parametrów od przepływającego przez nie prądu i przyłożonego napięcia.

W drugim przypadku żadna cecha elementów tworzących obwód nie zależy od rodzaju przepływającego przez nie prądu i jego wielkości. Ponadto w samych łańcuchach wyróżnia się części zewnętrzne i części wewnętrzne.

Źródło energii elektrycznej należy do pierwszego, a przewody, przełączniki i przełączniki, przyrządy pomiarowe, tj. do zewnętrznego. wszystko podłączone do źródła za pomocą zacisków. Prąd może płynąć tylko w obwodzie zamkniętym. Jeśli w jakimkolwiek miejscu jest luka, zatrzymuje się.

Obwody są nadal prądem stałym, tj. c, dla których zmiana kierunku prądu nie jest charakterystyczna (biegunowość źródeł PEM jest stała) oraz przemienne, dla których charakterystyczna jest zmiana w czasie płynącego prądu.

W obwodach źródłami zasilania mogą być: baterie, generatory elektromechaniczne i termoelektryczne, fotokomórki i galwaniczne. Ich rezystancja wewnętrzna jest na tyle mała w stosunku do innych obciążeń, że można ją pominąć.

Odbiorniki prądu stałego to urządzenia oświetleniowe, silniki elektryczne, które przekształcają się w mechaniczną energię elektryczną itp.

Wyposażenie pomocnicze obejmuje:

przełącznik noża;
przyrządy do pomiaru różnych parametrów (woltomierze i amperomierze);
elementów zabezpieczających, takich jak bezpieczniki.

Dla wszystkich odbiorników elektrycznych ważne są dwa parametry - napięcie na ich zaciskach oraz moc. Elementy tworzące obwód elektryczny mogą być aktywne, tj. EMF indukujące (silniki, akumulatory) i pasywne (przewody, rezystory, kondensatory, cewki indukcyjne).

Obwód z aktywną rezystancją i indukcyjnością

W przypadku obwodu zasilanego prądem przemiennym, w którym znajduje się cewka indukcyjna, ogólnie przyjmuje się, że jego rezystancja czynna wynosi zero. W rzeczywistości zarówno drut cewki, jak i przewód łączący mają w pewnym sensie bardzo małą rezystancję czynną. Dlatego obwód będzie zużywał energię.

Dlatego przy określaniu całkowitej rezystancji obwodu należy wziąć pod uwagę rezystancję czynną i reaktywną. Różnią się jednak charakterem, więc nie da się ich dodać w zwykły sposób. Musisz użyć metody dodawania geometrycznego, która wygląda tak (rysunek poniżej):

Należy zbudować trójkąt, którego jeden z boków jest równy wartości rezystancji czynnej, a drugi jest indukcyjny. Wartość całkowitego oporu odpowiada trzeciej stronie, tj. przeciwprostokątna.

Impedancja jest mierzona w omach i oznaczana przez „Z”. Z ukończonej konstrukcji widać, że ona (przeciwprostokątna) jest zawsze większa niż wartości czynnej i indukcyjnej (nogi) wzięte osobno.

Jak wyrażenie algebraiczne To wygląda tak:

Tutaj:

Z- pełna odporność;

R- aktywny;

XL- indukcyjny.

Tak wygląda zależność między rezystancjami elementów tworzących obwód a rezystancją całkowitą.

Obwód mocy z cewką indukcyjną

Moc znana z programu Liceum, jest iloczynem prądu i napięcia, które są zmiennymi. Oznacza to, że moc będzie również zmienną w obwodzie z aktywną rezystancją i indukcyjnością.

Jego wartość w danym momencie można obliczyć mnożąc wartości prądu i napięcia w tym samym momencie. Po wykonaniu tych czynności dla każdego momentu czasowego otrzymujemy wykresy: a - dla obwodu zawierającego indukcyjność, b - aktywny:

Krzywa przerywana p pokazuje moc obwodu prądu przemiennego, który składa się z indukcyjności. Do jego konstrukcji obowiązuje mnożenie algebraiczne: pomnożenie dwóch wielkości o tym samym znaku (dwa minusy lub dwa plusy) daje w rezultacie wartość dodatnią, a po pomnożeniu przez różne znaki- negatywny.

Dla obwodu zawierającego oprócz indukcyjności rezystor, wykres mocy wygląda następująco:

W tym przypadku linia energetyczna znajduje się na osi czasu. Oznacza to, że generator i obwód nie wymieniają energii, dlatego moc dostarczana do obwodu przez generator jest całkowicie pobierana przez obwód.

Okazuje się, że przy większym przesunięciu fazowym między prądem a napięciem obwód zużywa mniej energii.

Moc prądu elektrycznego

Prąd przechodzący od wysokiego do niskiego potencjału działa. Szybkość jego zakończenia nazywana jest mocą prądu w obwodzie. Ponieważ natężenie prądu to ilość energii elektrycznej przechodzącej przez przekrój obwodu w ciągu sekundy, moc jest wartością wprost proporcjonalną do natężenia prądu w obwodzie z rezystorem i napięciem (różnica potencjałów). Jest mierzony w W (watach) i oznaczany przez „P”.

P = I*U

Jeśli znana jest tylko rezystancja i siła prądu, oblicza się ją według wzoru:

U=IR, i wtedy, P=I*U=I*IR

W rezultacie mamy:

P \u003d I2 * R

Jeśli znane wartości to rezystancja i napięcie, oblicza się je w następujący sposób:

P \u003d I * U \u003d U2 / R

« Fizyka - klasa 10 "

Elektryczność- ukierunkowany ruch cząstek naładowanych. Dzięki prądowi oświetlane są mieszkania, wprawiane są w ruch obrabiarki, nagrzewane są palniki na kuchenkach elektrycznych, działa odbiornik radiowy itp.

Rozważmy najprostszy przypadek ukierunkowanego ruchu naładowanych cząstek - prąd stały.

Co to jest ładunek elementarny?
Co to jest elementarny ładunek elektryczny?
Jaka jest różnica między ładunkami w przewodniku i izolatorze?

Kiedy naładowane cząstki poruszają się w przewodniku, ładunek elektryczny jest przenoszony z jednego punktu do drugiego. Jeśli jednak naładowane cząstki wykonują losowy ruch termiczny, taki jak na przykład swobodne elektrony w metalu, wówczas przenoszenie ładunku nie zachodzi (ryc. 15.1, a). Przekrój przewodnika przecina średnio tę samą liczbę elektronów w dwóch przeciwnych kierunkach. Ładunek elektryczny jest przenoszony przez przekrój przewodnika tylko wtedy, gdy wraz z ruchem losowym elektrony uczestniczą w ruchu ukierunkowanym (ryc. 15.1, b). W tym przypadku mówią, że konduktor idzie Elektryczność.

Prąd elektryczny nazywany jest uporządkowanym (ukierunkowanym) ruchem naładowanych cząstek.

Prąd elektryczny ma określony kierunek.

Kierunek ruchu dodatnio naładowanych cząstek przyjmuje się jako kierunek prądu.

Jeśli poruszysz neutralne ciało jako całość, to pomimo uporządkowanego ruchu ogromnej liczby elektronów i jąder atomowych prąd elektryczny nie powstanie. Całkowity ładunek przeniesiony przez dowolną sekcję będzie wtedy równy zeru, ponieważ ładunki o różnych znakach poruszają się z tym samym Średnia prędkość.

Kierunek prądu pokrywa się z kierunkiem wektora natężenia pole elektryczne. Jeżeli prąd powstaje w wyniku ruchu ujemnie naładowanych cząstek, wówczas kierunek prądu uważa się za przeciwny do kierunku ruchu cząstek.

Wybór kierunku prądu nie jest zbyt udany, ponieważ w większości przypadków prąd jest uporządkowanym ruchem elektronów - cząstek naładowanych ujemnie. Wyboru kierunku prądu dokonano w czasach, gdy nic nie było wiadomo o swobodnych elektronach w metalach.

Bieżąca akcja.

Nie widzimy bezpośrednio ruchu cząstek w przewodniku. Obecność prądu elektrycznego należy ocenić na podstawie działań lub zjawisk, które mu towarzyszą.

Najpierw nagrzewa się przewodnik, w którym płynie prąd.

Po drugie, prąd elektryczny może zmienić skład chemiczny przewodnika: na przykład może oddzielić jego składniki chemiczne (miedź z roztworu siarczanu miedzi itp.).

Po trzecie, prąd oddziałuje siłą na sąsiednie prądy i namagnesowane ciała. To działanie prądu nazywa się magnetyczny.

Tak więc igła magnetyczna w pobliżu przewodnika z prądem obraca się. Magnetyczny efekt prądu, w przeciwieństwie do chemicznego i termicznego, jest główny, ponieważ przejawia się we wszystkich przewodnikach bez wyjątku. Działanie chemiczne prąd obserwuje się tylko w roztworach i stopach elektrolitów, a ogrzewanie nie występuje w nadprzewodnikach.

W żarówce, w wyniku przepływu prądu elektrycznego, widzialne światło a silnik elektryczny wykonuje pracę mechaniczną.

Obecna siła.

Jeśli w obwodzie płynie prąd elektryczny, oznacza to, że ładunek elektryczny jest stale przenoszony przez przekrój poprzeczny przewodnika.

Ładunek przenoszony w jednostce czasu służy jako główna charakterystyka ilościowa prądu, tzw obecna siła.

Jeżeli ładunek Δq jest przenoszony przez przekrój przewodnika w czasie Δt, to średnia wartość natężenia prądu jest równa

Średnie natężenie prądu jest równe stosunkowi ładunku Δq przepływającego przez przekrój przewodnika w czasie Δt do tego czasu.

Jeśli siła prądu nie zmienia się w czasie, nazywa się prąd stały.

Wejście zasilania prądem przemiennym ten moment czas również określa wzór (15.1), ale przedział czasu Δt w tym przypadku powinien być bardzo mały.

Siła prądu, podobnie jak ładunek, jest wielkością skalarną. Ona może być jak pozytywny, I negatywny. Znak natężenia prądu zależy od tego, który z kierunków omijających obwód jest przyjmowany jako dodatni. Siła prądu I > 0, jeśli kierunek prądu pokrywa się z warunkowo wybranym dodatnim kierunkiem wzdłuż przewodnika. W przeciwnym razie ja< 0.

Zależność natężenia prądu od prędkości ukierunkowanego ruchu cząstek.

Niech cylindryczny przewodnik (ryc. 15.2) ma przekrój o polu S.

Dla dodatniego kierunku prądu w przewodniku przyjmujemy kierunek od lewej do prawej. Ładunek każdej cząstki będzie uważany za równy q 0 . Objętość przewodnika ograniczona przekrojami 1 i 2 oraz odległością Δl między nimi zawiera cząstki nSΔl, gdzie n jest koncentracją cząstek (nośników prądu). Ich całkowity ładunek w wybranej objętości wynosi q = q 0 nSΔl. Jeśli cząstki poruszają się od lewej do prawej ze średnią prędkością υ, to z czasem wszystkie cząstki zawarte w rozpatrywanej objętości przejdą przez przekrój 2. Dlatego siła prądu jest równa:

Jednostką prądu w układzie SI jest amper (A).

Jednostka ta jest ustalana na podstawie magnetycznego oddziaływania prądów.

Zmierz siłę prądu amperomierze. Zasada działania tych urządzeń opiera się na magnetycznym działaniu prądu.

Szybkość uporządkowanego ruchu elektronów w przewodniku.

Znajdźmy prędkość uporządkowanego ruchu elektronów w metalowym przewodniku. Zgodnie ze wzorem (15.2), gdzie e jest modułem ładunku elektronu.

Niech na przykład natężenie prądu I \u003d 1 A, a pole przekroju poprzecznego przewodnika S \u003d 10-6 m 2. Moduł ładunku elektronowego e = 1,6 · 10 -19 C. Liczba elektronów w 1 m3 miedzi jest równa liczbie atomów w tej objętości, ponieważ jeden z elektronów walencyjnych każdego atomu miedzi jest wolny. Liczba ta wynosi n ≈ 8,5 10 28 m -3 (liczbę tę można wyznaczyć rozwiązując zadanie 6 z § 54). Stąd,

Jak widać, prędkość uporządkowanego ruchu elektronów jest bardzo mała. To wielokrotnie mniej niż prędkość ruch termiczny elektrony w metalu.

Warunki niezbędne do istnienia prądu elektrycznego.

Za pojawienie się i istnienie stałego prądu elektrycznego w substancji, obecność bezpłatny naładowane cząstki.

Jednak to wciąż za mało, aby generować prąd.

Aby stworzyć i utrzymać uporządkowany ruch naładowanych cząstek, potrzebna jest siła, która działa na nie w określonym kierunku.

Jeśli ta siła przestanie działać, to uporządkowany ruch naładowanych cząstek zostanie zatrzymany w wyniku zderzeń z jonami sieci krystalicznej metale lub obojętne cząsteczki elektrolitu, a elektrony będą się poruszać losowo.

Jak wiemy, na naładowane cząstki działa pole elektryczne o sile:

Zwykle to pole elektryczne wewnątrz przewodnika powoduje i utrzymuje uporządkowany ruch naładowanych cząstek.
Tylko w przypadku statycznym, gdy ładunki są w spoczynku, pole elektryczne wewnątrz przewodnika wynosi zero.

Jeżeli wewnątrz przewodnika występuje pole elektryczne, to między końcami przewodnika występuje różnica potencjałów zgodnie ze wzorem (14.21). Jak wykazał eksperyment, gdy różnica potencjałów nie zmienia się w czasie, a prąd elektryczny stały. Wzdłuż przewodnika potencjał maleje od wartości maksymalnej na jednym końcu przewodu do wartości minimalnej na drugim, ponieważ ładunek dodatni pod działaniem sił pola porusza się w kierunku malejącego potencjału.

Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch ładunków elektrycznych. Wielkość prądu jest określona przez ilość energii elektrycznej przechodzącej przez przekrój przewodnika w jednostce czasu.

Przez jedną ilość energii elektrycznej przechodzącej przez przewodnik nadal nie możemy w pełni scharakteryzować prądu elektrycznego. Rzeczywiście, ilość energii elektrycznej równa jednemu wisiorkowi może przejść przez przewodnik w ciągu jednej godziny i taka sama ilość energii elektrycznej może przepłynąć przez niego w ciągu jednej sekundy.

Natężenie prądu elektrycznego w drugim przypadku będzie znacznie większe niż w pierwszym, ponieważ ta sama ilość energii elektrycznej przepływa w znacznie krótszym czasie. Aby scharakteryzować natężenie prądu elektrycznego, ilość energii elektrycznej przepływającej przez przewodnik jest zwykle określana jako jednostka czasu (sekunda). Ilość energii elektrycznej przechodzącej przez przewodnik w ciągu jednej sekundy nazywana jest prądem. Jednostką prądu w układzie jest amper (a).

Natężenie prądu - ilość energii elektrycznej przechodzącej przez przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy.

Wskazana jest aktualna siła list angielski I.

Amper - jednostka natężenia prądu elektrycznego (jedna z), oznaczona literą A. 1 A jest równy natężeniu niezmiennego prądu, który przechodząc przez dwa równoległe proste przewodniki o nieskończonej długości i znikomym okrągłym polu przekroju poprzecznego, znajdujące się w próżni w odległości 1 m od siebie, wywołałyby na odcinku przewodu o długości 1 m siłę oddziaływania równą 2 · 10 -7 N na każdy metr długości.

Natężenie prądu w przewodniku jest równe jednemu amperowi, jeśli jeden wisiorek elektryczny przechodzi przez jego przekrój co sekundę.

Amper - siła prądu elektrycznego, przy której ilość energii elektrycznej równa jednemu wisiorkowi przepływa przez przekrój przewodnika co sekundę: 1 amper \u003d 1 kulomb / 1 sekunda.

Często używane są jednostki pomocnicze: 1 miliamper (mA) \u003d 1/1000 amperów \u003d 10 -3 amperów, 1 mikroamper (mA) \u003d 1/1000000 amperów \u003d 10 -6 amperów.

Jeśli znasz ilość energii elektrycznej, która przeszła przez przekrój przewodnika przez określony czas, siłę prądu można znaleźć według wzoru: I \u003d q / t

Jeśli prąd elektryczny przepływa w obwodzie zamkniętym bez rozgałęzień, to taka sama ilość energii elektrycznej przepływa przez dowolny przekrój poprzeczny (gdziekolwiek w obwodzie) na sekundę, niezależnie od grubości przewodników. Dzieje się tak, ponieważ ładunki nie mogą gromadzić się w żadnym miejscu przewodnika. Stąd, siła prądu jest taka sama w dowolnym miejscu obwodu.

W złożonych obwodach elektrycznych z różnymi gałęziami ta zasada (stałość prądu we wszystkich punktach obwodu zamkniętego) pozostaje oczywiście ważna, ale dotyczy tylko poszczególnych odcinków obwodu ogólnego, co można uznać za proste.

Bieżący pomiar

Do pomiaru prądu służy urządzenie zwane amperomierzem. Do pomiaru bardzo małych prądów stosuje się miliamperomierze i mikroamperomierze, czyli galwanometry. na ryc. 1. pokazuje warunkową graficzną reprezentację amperomierza i miliamperomierza na obwodach elektrycznych.

Ryż. 1. Symbole amperomierza i miliamperomierza

Ryż. 2. Amperomierz

Aby zmierzyć natężenie prądu, należy włączyć amperomierz w obwodzie otwartym (patrz ryc. 3). Zmierzony prąd przepływa od źródła przez amperomierz i odbiornik. Igła amperomierza pokazuje prąd w obwodzie. Gdzie dokładnie włączyć amperomierz, tj. przed konsumentem (liczenie) lub po nim, jest całkowicie obojętne, ponieważ siła prądu w prostym obwodzie zamkniętym (bez rozgałęzień) będzie taka sama we wszystkich punktach obwodu.

Ryż. 3. Włącz amperomierz

Czasami błędnie uważa się, że amperomierz podłączony przed konsumentem pokaże większą siłę prądu niż ten włączony za konsumentem. W tym przypadku uważa się, że „część prądu” jest zużywana przez konsumenta na jego napędzanie. To oczywiście nie jest prawdą, a oto dlaczego.

Prąd elektryczny w przewodniku metalowym jest procesem elektromagnetycznym, któremu towarzyszy uporządkowany ruch elektronów wzdłuż przewodnika. Jednak energia nie jest przenoszona przez elektrony, ale przez pole elektromagnetyczne otaczające przewodnik.

Przez dowolny przekrój przewodów prostego obwodu elektrycznego przechodzi dokładnie taka sama liczba elektronów. Ile elektronów wyszło z jednego bieguna źródła energia elektryczna, tyle samo przejdzie przez konsumenta i oczywiście trafi do drugiego bieguna, do źródła, ponieważ elektrony, jako cząstki materialne, nie mogą zostać zużyte podczas ich ruchu.

Ryż. 4. Pomiar prądu za pomocą multimetru

W technice występują prądy bardzo duże (tysiące amperów) i bardzo małe (milionowe części ampera). Na przykład natężenie prądu kuchenki elektrycznej wynosi około 4 - 5 amperów, żarówek - od 0,3 do 4 amperów (i więcej). Prąd przepływający przez fotokomórki to tylko kilka mikroamperów. W głównych przewodach podstacji, które dostarczają energię elektryczną do sieci tramwajowej, prąd osiąga tysiące amperów.

Przepływ prądu elektrycznego przez dowolne medium przewodzące tłumaczy się obecnością w nim pewnej liczby nośników ładunku: elektronów - dla metali, jonów - w cieczach i gazach. Jak znaleźć jego wartość, określa fizyka aktualnej siły.

W stanie spokojnym nośniki poruszają się losowo, ale gdy przyłoży się do nich pole elektryczne, ruch staje się uporządkowany, określony przez orientację tego pola - w przewodniku płynie prąd. Liczbę przewoźników uczestniczących w przeniesieniu opłaty ustala się wg wielkość fizyczna- siła prądu.

Stężenie i ładunek cząstek nośnika, czyli ilość elektryczności, bezpośrednio wpływa na siłę prądu przepływającego przez przewodnik. Jeśli weźmiemy pod uwagę czas, w którym to się dzieje, możesz dowiedzieć się, jaka jest aktualna siła i jak zależy ona od ładunku, korzystając ze stosunku:

Ilości zawarte we wzorze:

I - siła prądu elektrycznego, jednostką miary jest amper, zawarta jest w siedmiu podstawowych jednostkach układu Si. Pojęcie „prądu elektrycznego” wprowadził André Ampère, nazwa jednostki pochodzi od nazwiska tego francuskiego fizyka. Obecnie definiowany jako prąd, który wytwarza siłę oddziaływania 2 × 10-7 niutonów między dwoma równoległymi przewodnikami w odległości 1 metra między nimi;
Wielkość ładunku elektrycznego użytego tutaj do scharakteryzowania natężenia prądu jest jednostką pochodną, mierzoną w kulombach. Jeden wisiorek to ładunek przechodzący przez przewodnik w ciągu 1 sekundy przy prądzie 1 ampera;
Czas w sekundach.

Natężenie prądu przepływającego przez ładunek można obliczyć na podstawie danych dotyczących prędkości i stężenia cząstek, kąta ich ruchu, powierzchni przewodnika:

ja = (qnv)cosαS.

Stosuje się również całkowanie po powierzchni i przekroju przewodu.

Wyznaczanie natężenia prądu za pomocą wielkości ładunku jest stosowane w specjalnych obszarach badań fizycznych, nie jest stosowane w powszechnej praktyce.

Związek między wielkościami elektrycznymi jest ustalany przez prawo Ohma, które wskazuje zgodność natężenia prądu z napięciem i rezystancją:

Natężenie prądu elektrycznego jest tutaj stosunkiem napięcia w obwodzie elektrycznym do jego rezystancji, wzory te są stosowane we wszystkich dziedzinach elektrotechniki i elektroniki. Są one prawdziwe dla prądu stałego z obciążeniem rezystancyjnym.

W przypadku obliczeń pośrednich dla prądu przemiennego należy pamiętać, że mierzona i wskazywana jest wartość skuteczna napięcia przemiennego, która jest 1,41 razy mniejsza od wartości amplitudy, dlatego maksymalny prąd w obwodzie będzie o wiele większy.

Przy indukcyjnym lub pojemnościowym charakterze obciążenia rezystancja złożona jest obliczana dla określonych częstotliwości - nie można znaleźć natężenia prądu dla takich obciążeń na podstawie wartości czynnej rezystancji prądu stałego.

Tak więc rezystancja kondensatora na prąd stały jest prawie nieskończona, a dla prądu przemiennego:

Tutaj RC jest rezystancją tego samego kondensatora o pojemności C, przy częstotliwości F, która w dużej mierze zależy od jego właściwości, rezystancji różne rodzaje pojemności dla tej samej częstotliwości znacznie się różnią. W takich obwodach siła prądu zwykle nie jest określona wzorem - stosuje się różne przyrządy pomiarowe.

Aby znaleźć wartość natężenia prądu przy znanych wartościach mocy i napięcia, stosuje się elementarne przekształcenia prawa Ohma:

Tutaj prąd jest w amperach, rezystancja w omach, a moc w woltoamperach.

Prąd elektryczny ma tendencję do dzielenia się na różne części obwodu. Jeśli ich rezystancje są różne, to natężenie prądu będzie inne na każdym z nich, więc znajdujemy całkowity prąd obwodu.

Całkowity prąd obwodu jest równy sumie prądów w jego sekcjach - przy całkowitym przejściu przez elektrycznie zamknięty obwód prąd rozgałęzia się, a następnie przyjmuje swoją pierwotną wartość.

Wideo

Jednym z parametrów charakteryzujących zachowanie się elektronów w obwodzie elektrycznym, oprócz napięcia i prądu, jest moc. Jest to miara ilości pracy, którą można wykonać w jednostce czasu. Pracę zwykle porównuje się do podnoszenia ciężarów. Im większa waga i wysokość jego wzrostu, tym więcej pracy. Moc określa, jak szybko jednostka pracy może być wykonana.

Jednostki

Moc samochodów oblicza się w koniach mechanicznych - jednostce miary wymyślonej przez producentów silników parowych w celu pomiaru wydajności ich jednostek w ówczesnym konwencjonalnym źródle energii. Moc samochodu nie mówi ci, jak wysoko może wjechać na wzgórze ani ile może udźwignąć, mówi tylko, jak szybko może to zrobić.

Moc silnika zależy od jego prędkości i momentu obrotowego wału wyjściowego. Prędkość mierzona jest w obrotach na minutę. Moment obrotowy to moment obrotowy silnika, pierwotnie mierzony w lb-ft, a obecnie w niutonometrach lub dżulach.

Silnik ciągnika 100 KM. Z. obraca się powoli, ale z dużym momentem obrotowym. Silnik motocykla o tej samej mocy obraca się szybko, ale z małym momentem obrotowym. Równanie obliczania mocy ma postać:

P = 2π S T / 33000, gdzie S to prędkość obrotowa, obr/min, a T to moment obrotowy.

Zmiennymi tutaj są moment obrotowy i prędkość. Innymi słowy, moc jest wprost proporcjonalna do ST: P~ST.

Zasilanie prądem stałym

W obwodach elektrycznych moc jest funkcjonalnie zależna od napięcia i prądu. Nic dziwnego, że jest podobny do powyższego równania P=IU.

Ale tutaj P nie jest proporcjonalne do prądu pomnożonego przez napięcie, ale jest mu równe. Jest mierzony w watach, w skrócie watach.

Ważne jest, aby wiedzieć, że prąd i napięcie nie określają mocy osobno, tylko ich kombinacja. Napięcie to praca na jednostkę ładunku elektrycznego, a prąd to prędkość ruchu ładunków. Stres (odpowiednik pracy) jest jak praca polegająca na podnoszeniu ciężaru wbrew sile grawitacji. Prąd (odpowiednik prędkości) jest jak prędkość podnoszenia ciężaru. Ich produktem jest władza.

Podobnie jak silniki ciągników i motocykli, obwód wysokiego napięcia i niskiego prądu może mieć taką samą moc jak obwód niskiego napięcia i wysokiego prądu. Napięcie i prąd, poza zależnością, nie mogą charakteryzować mocy obwodu elektrycznego.

Obwód otwarty z napięciem i zerowym prądem nie działa, niezależnie od wysokości napięcia. W końcu zgodnie ze wzorem wszystko pomnożone przez 0 daje 0: P \u003d 0 U \u003d 0. W zamkniętym obwodzie drutu nadprzewodzącego o zerowej rezystancji można uzyskać prąd przy napięciu równym zeru, co również nie będzie doprowadzić do rozproszenia energii: P \u003d I0 = 0.

Moc i waty oznaczają to samo: ilość pracy, którą można wykonać w jednostce czasu. Jednostki te są ze sobą połączone stosunkiem

1 litr Z. = 745,7 W

Przykład obliczenia

Tak więc aktualna moc obwodu elektrycznego w watach jest równa iloczynowi napięcia i prądu.

Aby wyznaczyć np. moc obciążenia o rezystancji 3 omów w obwodzie z akumulatorem 12 V, należy, stosując prawo Ohma, znaleźć prąd

ja \u003d U / R \u003d 12/3 \u003d 4 A.

Pomnożenie siły prądu przez napięcie da pożądany rezultat:

P = I U = 4 A 12 V = 48 W

Zatem lampa zużywa 48 watów.

Co się stanie, gdy napięcie wzrośnie?

Przy napięciu 24 V i oporze 3 omów płynie prąd

I=U/R=24/3=8A

Kiedy napięcie podwoiło się, podwoił się również prąd.

P=j.m.=8A 24V=192W

Moc również wzrosła, ale więcej. Dlaczego? Ponieważ jest to funkcja iloczynu napięcia i prądu, napięcie i prąd wzrosły 2 razy, więc moc wzrosła 4 razy. Można to sprawdzić, dzieląc 192 waty przez 48, których iloraz wynosi 4.

Opcje formuły

Stosując algebrę do przekształcenia formuły, możesz wziąć oryginalne równanie i przekształcić je w przypadkach, gdy jeden z parametrów jest nieznany.

Podane napięcie i rezystancja:

P \u003d (U / R) U lub P \u003d U 2 / R

Przy znanej sile i rezystancji prądu:

P = ja (ja R) lub P = ja 2 R

Fakt historyczny: związek między rozpraszaniem mocy a prądem przepływającym przez rezystancję został odkryty przez Jamesa Prescotta Joule'a, a nie przez Georga Simona Ohma. Zostało opublikowane w 1841 roku w postaci równania P = I 2 R i nosi nazwę prawa Joule'a-Lenza.

Równania mocy:

P = U I
P = ja 2 R
P. \u003d U 2 /R

Prąd przemienny

Prawa Ohma i Joule'a-Lenza zostały ustalone dla prądu stałego, ale obowiązują również dla chwilowych wartości zmiennego prądu i napięcia.

Chwilowa wartość P jest równa iloczynowi chwilowych wartości prądu i napięcia, biorąc pod uwagę ich przesunięcie fazowe o kąt φ:

P(t) = U(t)I(t) = U m cosωt I m cos(ωt-φ) = (1/2)U m I m cosφ + (1/2) U m I m cos( 2ωt-φ).

Z równania wynika, że moc chwilowa ma składową stałą i działa ruchy oscylacyjne wokół wartości średniej z częstotliwością dwukrotnie większą od częstotliwości prądu.

Średnia wartość P(t), która ma znaczenie praktyczne, wynosi:

P = (U m I m /2) cosφ

Biorąc pod uwagę fakt, że cos φ=R/Z, gdzie Z=(R 2 + (ωL - 1/ω C) 2) 1/2 i U m /Z = I m ,

Tutaj I \u003d I m 2 -1/2 \u003d 0,707 I m to efektywna wartość aktualnej siły, A.

Podobnie U \u003d U m 2 -1/2 \u003d 0,707 U m - napięcie skuteczne, V.

Średnia moc przez skuteczne napięcie i prąd jest określona przez

P = U I cos φ, gdzie cos φ jest współczynnikiem mocy.

P w obwodzie elektrycznym jest przekształcane w ciepło lub inną formę energii. Największą moc czynną można uzyskać przy cosφ=1, czyli przy braku przesunięcia fazowego. To się nazywa pełna moc.

S \u003d U Ja \u003d Z Ja 2 \u003d U 2 / Z

Jego wymiar pokrywa się z wymiarem P, ale dla rozróżnienia, S jest mierzone w woltoamperach, VA.

Stopień intensywności wymiany energii w obwodzie elektrycznym charakteryzuje moc bierna

Q \u003d U Ja grzechφ \u003d U I p \u003d U p I \u003d X Ja 2 \u003d U 2 / X

Ma wymiary aktywny i pełny, ale dla rozróżnienia wyraża się go w reaktywnych woltoamperach, VAr.

trójkąt mocy

Moc czynna, bierna i całkowita są połączone wyrażeniem

S = (P 2 + Q 2) 1/2

Moc jest reprezentowana jako bok trójkąta prostokątnego. Korzystając z praw trygonometrii, można znaleźć długość jednego boku (wielkość mocy dowolnego rodzaju) z dwóch znanych boków lub z długości jednego i kąta. W takim trójkącie moc czynna jest sąsiednią nogą, moc bierna jest przeciwną stroną, a moc pozorna jest przeciwprostokątną. Kąt między odnogą mocy czynnej a przeciwprostokątną równy kątowi faza impedancji Z obwodu elektrycznego.

Złożona postać tego związku jest następująca:

S = P+jQ = U I cosφ + j U I sinφ= U I e jφ = U I*, gdzie

S - moc złożona;

I* - zespolona wartość prądu zespolonego.

Rzeczywisty składnik kompleksu jest aktywny, a składnik urojony jest reaktywny.

Chwilowa moc pozorna zawsze pozostaje stała.

Moc prądu trójfazowego

Obciążenie każdej fazy trójfazowego obwodu elektrycznego przetwarza energię lub wymienia ją ze źródłem zasilania. W rezultacie P i Q obwodu są równe całkowitej mocy wszystkich faz:

P. = P. r + P. y + P. b; Q \u003d Q r + Q y + Q b - połączenie w gwiazdę;

P = P ry + P yb + P br; Q \u003d Q ry + Q yb + Q br - połączenie „trójkątne”.

Moce czynne i bierne poszczególnych faz wyznacza się jak w obwodzie jednofazowym.

Całkowita moc obwodu trójfazowego:

S \u003d (P 2 + Q 2) 1/2,

który w postaci złożonej ma postać

S = P+jQ = (P r + P y + P b) + j (Q r + Q y + Q b) = S r + S y + S b = U r I r + U y I y + U b Ib

Symetryczne obciążenie faz powoduje równość ich mocy. Dlatego moc prądu jest równa trzykrotności mocy czynnej i biernej fazy:

P = 3P fa = 3 Ja fa U fa cosφ fa = 3 R fa Ja fa 2

Q = 3 Q fa = 3 ja fa U fa sinφ fa = 3 X fa ja fa 2

S = 3 S fa = 3 ja fa U fa

I f i U f tutaj można je zastąpić wartościami liniowymi, biorąc pod uwagę, że dla gwiazdy U f = U l; I f \u003d I l, a dla trójkąta U f \u003d U l; ja f \u003d ja l 3 -1/2:

P. \u003d 3 1/2 Ja l U l cosφ fa;

Q \u003d 3 1/2 I l U l sinφ f;

S = 3 1/2 I l U l.