Падение напряжения на участке цепи

Доставшуюся этому участку.

Ту часть , которая достается какому-либо участку цепи, принято называть напряжением на этом участке (часто говорят — «падение напряжения») и обозначать буквой U. Напряжение измеряется в Вольтах «В», в честь Алессандро Вольта, который создал первый в мире химический источник тока.

Напряжение это разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории.

Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого заряда.

Так, чтобы получить напряжение в 1 В нужно, чтобы заряд в 1 Кл пройдя по цепи, совершил работу в 1 Дж:

На самом деле в теории не все так просто. Мы постарались изложить основными понятиями, которые используют для простого изложения материала по этой теме.

На практике мы можем увидеть то самое падение напряжения. Чтобы понимать еще лучше, изучите закон Ома

Теперь перейдем к примерам:

1) Я создал пробную схему в программе Multisim. На источнике питания я выставил постоянное напряжение 1 В, последовательно с источником в цепь включен резистор номиналом 1 Ом. Теперь мультиметром в режиме измерения постоянного напряжения мы «посмотрим», что же упало на этом двухполюснике (резисторе). Для этого плюсовой контакт мультиметра подключаем к резистору со стороны положительного контакта источника, а минус к (минусу). Смотрим!

Теперь мы увидели, что на резисторе упало все напряжение источника, т.е. 1 В. Действительно, с другой стороны мы так же измеряем напряжение и на концах генератора.

2) Давайте попробуем не меняя напряжения на источнике поставить последовательно 2 резистора номиналом 1 Ом. Смотрим!

Вот! Теперь вспоминаем что я писал выше:

Ту часть э.д.с., которая достается какому-либо участку цепи, принято называть напряжением на этом участке (часто говорят — «падение напряжения») и обозначать буквой U.

Каждому резистору в данной электрической цепи досталась часть всей э.д.с. Разница в избыточных зарядах на концах какого-либо участка последовательной цепи автоматически оказывается тем больше, чем больше сопротивление этого участка. То есть, иными словами, напряжение на участке цепи пропорционально сопротивлению участка. Ну, а кроме того, по абсолютной величине это напряжение тем больше, чем больше сама э.д.с., — если делить на несколько человек большой каравай хлеба, то каждому достанется больше, чем если бы делить маленькую булочку.

Так как сопротивление резисторов одинаково, то им досталось по равной части э.д.с., а именно по 0.5 В.

3) Для наглядности я возьму два разных резистора, номиналами 1 Ом и 7 Ом, потому, что я тут рассказываю, падение напряжения на резисторе 7 Ом должно быть больше, чем на резисторе 1 Ом. Проверяем!

Все верно! Мы получили большее падение напряжения на резисторе R2 = 7 Ом.

4) Ну и наверное последний эксперимент. Повысим напряжение на источнике до 2 В. Напряжение на резисторах должно возрасти в 2 раза (так как на источнике напряжение подняли тоже в 2 раза). Смотрим!

И снова верно! Местная э.д.с., то есть напряжение на участке цепи, это не выдумка, помогающая что-то объяснить или подсчитать. Это реальность. Причем настолько реальность, что к любому участку цепи, как к генератору, можно подключить свою нагрузку и образовать свою местную цепь в большой общей цепи. При подключении такой местной нагрузки, как при всяком параллельном подключении, несколько уменьшится общее сопротивление этого участка, а значит, и реально действующее на нем напряжение.

Заключение.

Напряжение, так же как и э.д.с., говорит о той энергии, с которой проталкивается каждый кулон свободных электрических зарядов (а если строго — о той работе, которую он выполняет), но, конечно, уже по какому-либо участку, а не по всей цепи. Поэтому напряжение, так же как и э.д.с., измеряется в вольтах. Очевидно, что общая работа, выполняемая единичным зарядом во всей цепи, равна сумме работ, выполненных на отдельных ее участках, то есть э.д.с. равна сумме всех напряжений на участках цепи.

Литература

• Сворень Р. А. Электроника шаг за шагом. Практическая энциклопедия юного радиолюбителя. — Москва: Детская литература — 1991. — 461 с.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста выделите ее и нажмите Shift + Enter или чтобы сообщить нам об этом.

СОДЕРЖАНИЕ: Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета 1.1. Электрическая цепь и ее элементы В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы.

Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета

1.1. Электрическая цепь и ее элементы

В электротехнике рассматривается устройство и принцип действия основных электротехнических устройств, используемых в быту и промышленности. Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы.

Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электрическом токе, ЭДС (электродвижущая сила) и электрическом напряжении.

Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения. Электрическая схема простейшей электрической цепи, обеспечивающей работу осветительной аппаратуры, представлена на рис. 1.1.

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы:

1) Источники электрической энергии (питания).

Общим свойством всех источников питания является преобразование какого-либо вида энергии в электрическую. Источники, в которых происходит преобразование неэлектрической энергии в электрическую, называются первичными источниками. Вторичные источники – это такие источники, у которых и на входе, и на выходе – электрическая энергия (например, выпрямительные устройства).

2) Потребители электрической энергии.

Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии (например, нагревательный прибор). Иногда потребители называют нагрузкой.

3) Вспомогательные элементы цепи: соединительные провода, коммутационная аппаратура, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д., без которых реальная цепь не работает.

Все элементы цепи охвачены одним электромагнитным процессом.

В электрической схеме на рис. 1.1 электрическая энергия от источника ЭДС E, обладающего внутренним сопротивлением r 0 , с помощью вспомогательных элементов цепи передаются через регулировочный реостат R к потребителям (нагрузке): электрическим лампочкам EL 1 и EL 2 .

1.2. Основные понятия и определения для электрической цепи

Для расчета и анализа реальная электрическая цепь представляется графически в виде расчетной электрической схемы (схемы замещения). В этой схеме реальные элементы цепи изображаются условными обозначениями, причем вспомогательные элементы цепи обычно не изображаются, а если сопротивление соединительных проводов намного меньше сопротивления других элементов цепи, его не учитывают. Источник питания показывается как источник ЭДС E с внутренним

Приложенное напряжение и падение напряжения на участке цепи.

Напряжения, действующие в электрических цепях, условно можно разделить на два типа:
— приложенное к цепи напряжение;
— падение напряжения на участках цепи или на всей цепи.

Приложенное напряжение это напряжение, подведенное к цепи (рис. 1.).

Рисунок 1. Приложенное напряжение и падение напряжения на участке цепи.

Источник напряжения подключен к цепи, поток электронов перемещается от минуса к плюсу источника напряжения. Если источник напряжения имеет значение напряжения 12 вольт (например, автомобильная аккумуляторная батарея), то приложенное напряжение будет иметь значение так же 12 вольт.
При движении потока электронов по цепи они встречает, как мы знаем, сопротивление. Таким образом, когда электроны проходят через нагрузку (или другие элементы цепи), то они теряют энергию. Та энергия, которую электроны отдали в нагрузку, называется падением напряжения на участке цепи . В основном эта энергия выделяется на нагрузке в виде тепла. Энергия, которая отдается в нагрузку, равна энергии сообщаемой электронам источником напряжения.
Если автомобильный аккумулятор напряжением 12 вольт подключить к автомобильной 12 вольтовой лампе, то приложенное к цепи напряжение будет равно 12 вольт, а падение напряжения на лампе так же будет 12 вольт (рис. 2.). Энергия в объеме 100% потребляется в цепи.

Рисунок 2. Пример приложенного напряжения в 12 В и падения напряжения на лампе.

Если к тому же 12-вольтовому автомобильному аккумулятору подключить две соединенные последовательно 6-вольтовые лампочки, то при том же приложенном напряжении в 12 В падение напряжение на лампочках будет по 6 вольт (рис. 3.). В этом случае все равно общее падение напряжение будет 12 вольт.

 

Рисунок 3.

В другом случае если взять две лампочки на разное напряжение, к примеру на 9 и 3 вольта, и включить их последовательно в цепь с источником напряжения 12 вольт, то соответственно на 9-ти вольтовой лампочке будет падать 9 вольт, а на 3-х вольтовой 3 вольта (рис. 4.). Как и всегда общее падение напряжения на лампочках равно 12 вольт.

Рисунок 4.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Напряжение на участке цепи

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка.

На рис. 1-13 изображен участок цепи, на котором есть резистор сопротивлением и нет ЭДС. Крайние точки этого участка обозначены буквами a и b. Пусть ток течет от точки a к точке b.

Рис. 1-13. Участок электрической цепи

На участке без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Следовательно, потенциал

точки a выше потенциала точки b на величину, равную произведению тока на сопротивление :

.

В соответствии с определением, напряжение между точками a и b

. (1-8)

Другими словами, напряжение на резисторе равно произведению тока, протекающего по резистору, на величину сопротивления этого резистора.

В электротехнике разность потенциалов на концах резистора принято называть либо «напряжением на резисторе», либо «падением напряжения». В литературе встречаются оба этих определения.

Рассмотрим теперь вопрос о напряжении на участке цепи, содержащем не только резистор, но и источник ЭДС.

На рис. 1-14 а и б показаны участки некоторых цепей, по которым протекает ток .. Найдем напряжение между точками a и c для этих участков.

а) б)

Рис. 1-14. Участки электрической цепи

По определению

. (1-9)

Выразим потенциал точки a через потенциал точки c. При перемещении от точки c к точке b (рис. 1-14,а) идем встречно ЭДС , поэтому потенциал точки b оказывается меньше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е.

. (1-10)

На рис. 1-14,б при перемещении от точки c к точке b идем согласно ЭДС и потому потенциал точки b оказывается больше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е.

. (1-11)

Ранее говорилось, что на участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Поэтому в обеих схемах рис. 1-14 потенциал точки a выше, чем потенциал точки b на величину падения напряжения на резисторе сопротивлением :

. (1-12)

Таким образом, для рис. 1-14,а имеем

, или

. (1-13)

И для рис. 1-14, б имеем

, или

. (1-14)

Положительное направление напряжения указывают на схемах стрелкой. Стрелка должна быть направлена от первой буквы индекса ко второй. Так, положительное направление напряжения изобразится стрелкой, направленной от a к c.

Из самого определения напряжения следует также, что . Поэтому . Другими словами, изменение чередования индексов равносильно изменению знака этого напряжения. Из изложенного ясно, что напряжение может быть и положительной, и отрицательной величиной.

6. Закон ома для участка цепи, не содержащего эдс

Закон Ома устанавливает связь между током и напряжением на некотором участке цепи. Так, применительно к участку цепи, изображенному на рис. 1-13 имеем

или

. (1-15)

Падение напряжения — это… Что такое Падение напряжения?

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — разность потенциалов на участке электрической цепи, обтекаемой током. П. Н. равно произведению силы тока на сопротивление участка цепи. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ — разность между напряжением у источника тока и напряжением на зажимах приемника, затрачиваемая на преодоление сопротивления проводника при прохождении по нему электр. тока. П. н. измеряется в вольтах. Согласно закону Ома П. н. (в вольтах)… …   Технический железнодорожный словарь

Падение напряжения — 92 Падение напряжения Напряжение на участке электрической цепи или ее элементе Источник: ГОСТ 19880 74: Электротехника. Основные понятия. Термины и определения оригинал документа Смотри также родственные тер …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

падение напряжения — 1 падение напряжения [IEV number 151 15 08] EN voltage drop (1) tension drop (1) voltage between the terminals of a resistive element being part of an electric circuit due to the electric current through that element [IEV number 151 15 08] FR… …   Справочник технического переводчика

падение напряжения — įtampos krytis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. voltage drop vok. Spannungsabfall, m; Spannungsfall, m rus. падение напряжения, n pranc. chute de tension, f …   Fizikos terminų žodynas

падение напряжения — Разность между действующими значениями напряжения (как вектора), по концам элемента электрической системы …   Политехнический терминологический толковый словарь

Падение напряжения — English: Voltage fall Напряжение на участке электрической цепи или ее элементе (по ГОСТ 19880 74) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник …   Строительный словарь

падение напряжения на интегральной микросхеме — падение напряжения Разность между входным и выходным напряжением интегральной микросхемы в заданном режиме. Обозначение Uпд [ГОСТ 19480 89] Тематики микросхемы Синонимы падение напряжения …   Справочник технического переводчика

падение напряжения (в процентах) (в УЗИП) — ∆U=[(Uвход Uвых)/Uвход]х100, где Uвход, Uвых входное и выходное напряжения соответственно, измеренные одновременно при подключенной полной активной нагрузке. Данный параметр применяют исключительно для двух вводных УЗИП. [ГОСТ Р 51992 2011 (МЭК… …   Справочник технического переводчика

падение напряжения в активном сопротивлении — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN resistance dropresistive drop …   Справочник технического переводчика

Закон Ома для полной цепи

Если закон Ома для участка цепи знают почти все, то  закон Ома для полной цепи вызывает затруднения у школьников и студентов. Оказывается, все до боли просто!

Идеальный источник ЭДС

Имеем источник ЭДС

Давайте вспомним, что такое ЭДС. ЭДС – это что-то такое, что создает электрический ток. Если к такому источнику напряжения подцепить любую нагрузку (хоть миллиард галогенных ламп, включенных параллельно), то он все равно будет выдавать такое же напряжение, какое-бы он выдавал, если бы мы вообще не цепляли никакую нагрузку.

Или проще:

Короче говоря, какая бы сила тока не проходила через цепь резистора, напряжение на концах источника ЭДС будет всегда одно и тоже. Такой источник ЭДС называют идеальным источником ЭДС.

Но как вы знаете, в нашем мире нет ничего идеального. То есть если бы в нашем аккумуляторе был идеальный источник ЭДС, тогда бы напряжение на клеммах аккумулятора никогда бы не проседало. Но оно проседает и тем больше, чем больше силы тока потребляет нагрузка. Что-то здесь не так. Но почему так происходит?

Внутреннее сопротивление источника ЭДС

Дело все в том, что в аккумуляторе “спрятано” сопротивление, которое условно говоря, цепляется последовательно с источником ЭДС аккумулятора. Называется оно внутренним сопротивлением или выходным сопротивлением. Обозначается маленькой буковкой “r “.

Выглядит все это в аккумуляторе примерно вот так:

Цепляем лампочку

Итак, что у нас получается в чистом виде?

Лампочка – это нагрузка, которая обладает сопротивлением. Значит, еще больше упрощаем схему и получаем:

Имеем идеальный источник ЭДС, внутреннее сопротивление r и сопротивление нагрузки R. Вспоминаем статью  делитель напряжения. Там говорится, что напряжение источника ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом сопротивлении.

На резисторе R падает напряжение U_R , а на внутреннем резисторе r падает напряжение U_r .

Теперь вспоминаем статью делитель тока. Сила тока, протекающая  через последовательно соединенные сопротивления везде одинакова.

Вспоминаем алгебру за 5-ый класс и записываем все то, о чем мы с вами сейчас говорили. Из закона Ома для участка цепи получаем, что

Далее

Закон Ома для полной цепи

Итак, последнее выражение носит название “закон Ома для полной цепи”

где

Е – ЭДС источника питания, В

R – сопротивление всех внешних элементов в цепи, Ом

I – сила ток в цепи, А

r – внутреннее сопротивление источника питания, Ом

Просадка напряжения

Итак, знакомьтесь, автомобильный аккумулятор!

Для дальнейшего его использования, припаяем к нему два провода: красный на плюс, черный на минус

Наш подопечный готов к бою.

Теперь берем автомобильную лампочку-галогенку и тоже припаяем к ней два проводка с крокодилами. Я припаялся к клеммам на “ближний” свет.

Первым делом давайте замеряем напряжение на клеммах аккумулятора

12,09 вольт. Вполне нормально, так как наш аккумулятор выдает именно 12 вольт. Забегу чуток вперед и скажу, что сейчас мы замерили именно ЭДС.

Подключаем  галогенную лампу к аккумулятору и снова замеряем напряжение:

Видели да? Напряжение на клеммах аккумулятора просело до 11,79 Вольт!

А давайте замеряем, сколько потребляет тока наша лампа в Амперах. Для этого составляем вот такую схемку:

Желтый мультиметр у нас будет замерять напряжение, а красный мультиметр – силу тока. Как замерять с помощью мультиметра силу тока и напряжение, можно прочитать в этой статье.

Смотрим на показания приборов:

Как мы видим, наша лампа потребляет 4,35 Ампер. Напряжение просело до 11,79 Вольт.

Давайте вместо галогенной лампы поставим простую лампочку накаливания на 12 Вольт от мотоцикла

Смотрим показания:

Лампочка потребляет силу тока в 0,69 Ампер. Напряжение просело до 12 Вольт ровно.

Какие выводы можно сделать? Чем больше нагрузка потребляет силу тока, тем больше просаживается напряжение на аккумуляторе.

Как найти внутреннее сопротивление источника ЭДС

Давайте снова вернемся к этой фотографии

Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе U_r тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае ЭДС=12,09 Вольт.

Как только мы подсоединили нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем сопротивлении и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение U_R=11,79 Вольт, следовательно, на внутреннем сопротивлении падение напряжения составило U_r=E-U_R=12,09-11,79=0,3 Вольта. Сила тока в цепи равняется I=4,35 Ампер. Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт. Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r

Резюме

Внутреннее сопротивление бывает не только у различных химических источников напряжения. Внутренним сопротивлением также обладают и различные измерительные приборы. Это в основном вольтметры и осциллографы.

Дело все в том, что если подключить нагрузку R, сопротивление у которой будет меньше или даже равно r, то у нас очень сильно просядет напряжение. Это можно увидеть, если замкнуть клеммы аккумулятора толстым медным проводом и замерять в это время напряжение на клеммах. Но я не рекомендую этого делать ни в коем случае! Поэтому, чем высокоомнее нагрузка (ну то есть чем выше сопротивление нагрузки R ), тем меньшее влияние оказывает эта нагрузка на источник электрической энергии.

Вольтметр и осциллограф при замере напряжения тоже чуть-чуть просаживают напряжение замеряемого источника напряжения, потому как являются нагрузкой с большим сопротивлением. Именно поэтому самый точный вольтметр и осциллограф имеют ну очень большое сопротивление между своими щупами.

как вычислить падение напряжения на резсторе?

Нужно знать сопротивление резистора и и сопротивление цепи. Зная входящае напряжение можно путем несложных математических вычеслений узнать падение на данном резисторе. Падение напряжения пропорционально распределяется между участками цепи согластно их сопротивлению.

по закону Ома J= U:R

в электротехнике есть правило — закон Ома. U = I * R, где U падение напряжения на резисторе R при протекающем через него токе I.

По закону ома зная протекающий ток и сопротивление получишь падение напряжения. U=R*I

Вспомнить школу. Закон ОМА.

вычислить по закону ома, а измерить вольтметром

Ответы@Mail.Ru: Падение напряжения

Ну, не совсем так. До и после сопротивления — это чуть примитивно. Вообще-то электроны движутся по кругу все одновременно, как заключенные в тюремном дворе. Да и сопротивление равномерно распределено по этому кругу. Это только в расчетной схеме замещения сопротивление нарисовано прямоугольничком. Но это для удобства расчета. А потенциал.. . Стоит тюремщик с кнутом и того, кто возле него, этим кнутом бьет. Чтобы не попасть под кнут второй раз, заключенный начинает бежать. Но впереди его — другой заключенный. Первый его толкает, тот толкает третьего и так далее. Все заключенные начинают по кругу бежать быстрее. При беге они начинают потеть и выделяют тепло. Таким образом, потенциал — тюремщик с кнутом. Ток — заключенные в этом замкнутом круге. А сопротивление — это длина этого круга. Чем он больше, тем больше заключенных в него помещается и тем больше тепла выделяется. А разность потенциалов — это расстояние между заключенным, которого только что стеганули кнутом, и тем, кому сейчас предстоит под кнут попасть. А если в круге есть решетка, то когда ее закроют, движения не будет — сколько тюремщик не будет бить последнего, тому бежать некуда — проход закрыт. Движение останавливается. Это разрыв цепи выключателем.

В последовательно соединенных элементах сила тока одинаковая, падение напряжения может быть разным. Если сопротивление большое, то для прохождения такого тока нужно больше ЭДС, больше силы электрического поля. поэтому ЭДС источника питания больше расходуется на большом спротивлении — и поэтому падение напряжения большое. На меньшее сопротивление нужно меньше ЭДС от источника питания, поэтому падение напряжения меньше.

тем больше сила тока тем больше электронов проходит через проводник. а не скорость увеличивается

Самого в 7 классе это заинтересовало, потом разобрался. Напряжение это СИЛА электрического поля действующая на электроны. Свободные электроны похожи на газ летающий по проводнику. Когда прикладываем напряжение этот газ начинает медленно (очень медленно) дрейфовать к положительному полюсу, сохраняя своё хаотичное движение. ЭДС источника пытается разогнать скорость дрейфа, но вся полученная энергия тут-же поглощается кристаллической решёткой.