Как найти силу тока на каждом резисторе

10

Как рассчитать общее сопротивление общую силу тока и напряжение на каждом из резисторов

Определение силы тока на резисторе при разных типах соединения

Самым простым способом определить силу тока в резисторе можно воспользовавшись мультиметром. Измерение проводятся в разрыве цепи после резистора. На тестере выставляется максимальный диапазон величин, а щупы прибора подсоединяются к месту разъединения проводника. На дисплее мультиметра будут отображены результаты измерения силы тока в резисторе.
I = U/R, где у нас I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

В системе СИ эти величины измеряются в амперах (А), вольтах (В), омах (Ом) соответственно.

Подставляя необходимые значения в формулу можно определить сопротивление, напряжение и силу тока на резисторе или любом участке, или элементе электрической цепи.

Смешанное соединение резисторов в цепи

Иные способы соединения понятны из показанных на картинке примеров. Без специальных вычислений понятно, что параллельное включение резисторов создает несколько путей прохождения тока. Следовательно, в отдельных цепях его сила будет меньше, по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. Вместе с тем напряжение в отмеченных местах остается неизменным.

Последовательное соединение резисторов увеличивает общее электрическое сопротивление. Ток в этой цепи (по базовым принципам) не будет изменяться. Однако на каждом пассивном элементе можно будет обнаружить измерительным прибором соответствующее падение напряжения.

Вне зависимости от сложности схемы, на входе и выходе по первому закону Кирхгофа токи будут одинаковыми.

Рассмотрим электрическую цепь, в которой три резистора расположены последовательно, т.е. друг за другом. Общее их сопротивление (R) будет рано сумме сопротивлений отдельного резистора (r).

Для наглядности примера, в качестве резисторов рассмотрим обычные 40 Вт лампы накаливании. В данном случае вольфрамовая нить обладает своим сопротивлением и ее вполне можно считать резистором. Также введем понятие мощности нагрузки или резистора (P), которая измеряется в ватах (Вт).

Она имеет прямолинейную зависимость от силы тока и напряжения и вычисляется по формуле: P=IхU. С помощью несложных вычислений мы можем найти силу тока на резисторе, в качестве которого выступает лампочка.

Сила тока (I) = Мощность лампы (Р) / Напряжение (U) = 40 Вт / 220 В = 0,1818 А.

Для последовательного соединения элементов в электрической цепи справедливо правило, что силы тока протекающие через все проводники одинакова. Таким образом сила тока в резисторе r2 или r3 также будет 0,1818 А. Но в нашем варианте с лампочками будет отмечена одна особенность – яркость свечения уменьшится.

Это происходит из-за того, что резистор выступает в качестве делителя напряжения. Этот нюанс часто используют для продления срока службы не ответственных устройств. Например, впаяв сопротивление перед лампочкой можно продлить срок ее службы, но при этом придется смерится с недостатком освещенности.

В чистом виде параллельные и последовательные цепи в электротехнике встречаются крайне редко. Как правило, присутствует их совместная комбинация. Для того чтобы найти силу тока в каждом резисторе при смешанном соединении, необходимо цепь разбить на участки. Таким образом при расположении элементов друг после друга, т.н. «каскадом», применяются правила и формулы для последовательного соединения.

Результаты измерения силы тока в резисторе. Различные типы резисторов.

Необходимо отметить, что для упрощения расчетов параллельно расположенные резисторы можно группировать. При вычислении силы тока на определенном участке, они принимаются за самостоятельный элемент. Соответственно в этом случае формулы используются как для расчета параметров при параллельном соединении.

Алгоритм расчёта смешанных подключений находится в тех же правилах, что и в элементарных схемах расчета последовательного и параллельного соединения резисторов. Ничего нового нет: нужно правильно разбить предложенную схему на пригодные для расчета участки. Участки, с элементами, подключены поочередно либо параллельно.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Измерение напряжения прикосновения

Для решения задачи на последовательное и параллельное соединение резисторов необходимо правильно оценить цепи элементов. На схеме присутствует параллельная и последовательная часть соединения элементов. Для расчета очень важно аккуратно, шаг за шагом упрощать цепи и не брать сразу всю схему (рис.1). Как же правильно определить параллельное и последовательное соединение резисторов?

Для примера расчета возьмем резисторы R3, R4, которые подключены параллельно. Эквивалентный резистор этих элементов, будет равенRэ. = 1/R34 =1/R3 1/R4, после преобразования формулы и приведения к одному знаменателю получим R34 = R3 · R4 / (R3 R4). Э. = 1/3 1/4 /(3 4) =1,7 Ом.

Далее видно, что приведённая эквивалентное R эк и R6 соединены последовательно, чтобы узнать сопротивление их необходимо сложить, тогда общее сопротивление будет равно R346 = R34 R6, тогда Rэк346 = 1,7 6 = 7, 7 Ом.

Заменяем на схеме одним общим элементом, теперь, позиция упрощается еще больше. Теперь образовалась ситуация — включение трех элементов в //. Как вычисляется такое соединение нам уже известно, 1/ R23465 = 1/ R2 1/R346 1/R5 после вычисления правой части получаем 0,82 Ом. После окончательного вычисления получаем R23465 = 2,1 Ом.

При параллельном соединении приемников, все они находятся под одним и тем же напряжением, и режим работы каждого из них не зависит от остальных. Это означает, что ток, проходящий по какому-либо из приемников, не будет оказывать существенного влияния на другие приемники. При всяком выключении или выходе из строя любого приемника остальные приемники остаются включенными.

Поэтому параллельное соединение имеет существенные преимущества перед последовательным, вследствие чего оно получило наиболее широкое распространение. В частности, электрические лампы и двигатели, предназначенные для работы при определенном (номинальном) напряжении, всегда включают параллельно. На электровозах постоянного тока и некоторых тепловозах тяговые двигатели в процессе регулирования скорости движения нужно включать под различные напряжения, поэтому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.

Возможно, вам будет проще, если знать, что соединив два одинаковых резистора параллельно, получим результат в два раза меньше. Например, соединив параллельно два резистора по 100 Ом получим составное сопротивление 50 Ом. Проверим? Считаем: 100*100 / (100 100) = 10000 / 200 = 50 Ом.

Давайте сначала рассчитаем параллельное соединение двух резисторов разного номинала и посмотрим что получится.

• Соединили параллельно 150 Ом и 100 Ом. Считаем результирующее: 150*100 / (150 100) = 15000/250 = 60 Ом.
• Если соединить 150 Ом и 50 Ом, получим: 150*50 / (150 50) = 7500 / 200 = 37,5 Ом.

Как видим, в обоих случаях результат оказывается меньше чем самый низкий номинал соединенных деталей. Этим и пользуются, если в наличии нет сопротивления небольшого номинала. Проблема только в том, что подбирать сложновато: надо каждый раз считать используя калькулятор.

Типы подключений.

Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов

Если соединять большее количество элементов, надо в рассмотренные формулы добавить необходимое количество слагаемых.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Как настроить кондиционер на холодный воздух Инструктаж по включению сплит-системы на охлаждение

• источник постоянного тока 12V;
• сопротивление параллельных резисторов, Ом: 10, 40, 60, 80.

• основная формула: 1/Rэкв = 1/R1 1/R2 1/R3 1/R4;
• подставив исходные данные, вычисляют проводимость: G = 1/Rэкв =1/10 1/40 1/60 1/80 = 0,1 0,025 0,0166 0,0125 = 0,1541;
• эквивалентное сопротивление: Rэкв = 1/0,1541 ≈ 6,5 Ом;
• ток в цепи: Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 6,5 ≈ 1,85 А.

Сложные схемы

По аналогичной технологии делают расчеты более сложных цепей. На рисунке обозначены номиналы сопротивлений. В обоих случаях применяется одинаковый источник питания с Uип = 12V.

Расчет 1 (последовательное и параллельное соединение):

• для каждого параллельного участка можно использовать формулу: Rобщ = 1/ (1/R1 1/R2) = R1*R2/R1 R2;
• эквивалентное сопротивление первой части: Rэкв1 = (2*4)/ (2 4) = 1,3 Ом;
• второй: Rэкв2 = (15*5)/ (15 5) = 3,75 Ом;
• общее: Rэкв = 1,3 10 3,75 = 15,05 Ом;
• Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 15,05 ≈ 0,8 А.

Расчет 2 (сложное параллельное соединение):

• в этом варианте сначала вычисляют проводимость части (R3, R4, R5) по формуле: G345 = 1/5 1/10 1/ 20 =7/20 = 0,35 сим;
• Rэкв (345) = 1/0,35 ≈ 2,857 Ом;
• суммарное значение для цепи: R1 R2 = 20 Ом;
• по аналогии с предыдущим способом определяют: G12345 = 0,4 сим и Rэкв(12345) = (20*2,857)/ 20 2,857) ≈ 2,5 Ом;
• после добавления последнего элемента (R6=7,5 Ом) получают итоговый результат: Rэкв = 2,5 7,5 = 10 Ом;
• делением определяют силу тока в нагрузке, подключенной к источнику тока 12 V: I = 12/10 = 1,2 А.

В последнем примере применен дополнительный компонент цепи (R6). Соответственно, для этой схемы не будет выполняться рассмотренная выше пропорция равенства напряжений (источника и на подключенной нагрузке).

Uав = I * Rэкв(12345) = 1,2*2,5 = 12-9 =3V.

Вторая часть формулы демонстрирует проверку вычитанием напряжений (Uип – U6).

Для простоты расчета, сначала сгруппируем резисторы по параллельному и последовательному типу соединения.Резисторы R2 и R3 соединены последовательно (группа 2). Они в свою очередь соединены параллельно с резистором R1 (группа 1).

Расчет более сложных соединений резисторов можно выполнить используя законы Кирхгофа.

Онлайн калькулятор для расчета светодиодов

Для автоматического расчета понадобятся следующие данные:

• напряжение источника или блока питания, В;
• номинальное прямое напряжение устройства, В;
• прямой номинальный рабочий ток, мА;
• количество светодиодов в цепочке или включенных параллельно;
• схема подключения светодиода(ов).

Исходные данные можно взять из паспорта диода.

После введения их в соответствующие окна калькулятора нажмите на кнопку «Рассчитать» и получите номинальное значение резистора и его мощность.

Ток, протекающий в цепи параллельно соединенных резисторах

В ходе рассмотрения соответствующих участков разветвленных схем необходимо помнить о равенстве токов на входе и выходе из каждого узла, а также до и после группы из параллельных резисторов. Это правило поможет проверить правильность расчетов. Если отмеченное соответствие не соблюдено, устраняют ошибку вычислений.

С применением рассмотренных выше исходных данных для двух сложных схем можно сделать расчет для каждой отдельной ветки.

• общий ток в цепи составляет 0,8 А;
• распределение напряжений на отдельных участках несложно определить по рассчитанным эквивалентным сопротивлениям: U12 = I * Rэкв1 = 0,8 * (2*4)/ (2 4) = 0,8 * 1,3 = 1,04 V;
• по стандартному алгоритму вычисляют значения токов: I1 = U12/R1 = 0,52 А, I2 = U12/R2 = 0,26 А;
• суммированием проверяют корректность вычислений: I = I1 I2 = 0,52 0,26 ≈ 0,8 А.

Пример 2 (смешанный способ соединения резисторов):

• ток в этом варианте – 1,2 А;
• напряжение на участке с группой параллельных резисторов составляет Uав = I * Rэкв(12345) = 1,2*2,5 =3V;
• по аналогии с предыдущим примером несложно вычислить ток в каждой отдельной ветке: I12 = Uав/(R1 R2) = 3/ (15 5) = 0,15 А;
• I3 = Uав/ R3 = 3/ 5 = 0,6 А;
• I4 = Uав/ R4 = 3/ 10 = 0,3 А;
• I5 = Uав/ R5 = 3/20 = 0,15 А;
• по правилу равенства токов на входе и выходе из узла проверяют правильность сделанных расчетов: I = I12 I3 I4 I5 = 0,15 0,6 0,3 0,15 = 1,2 А.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Как сделать забор из сетки рабицы своими руками без сварки

P = I2 *R = U2/ R.

К сведению. Конструкция каждого элемента рассчитана на определенный рабочий температурный диапазон. Превышение порога способно разрушить деталь, место пайки, соседние компоненты. Следует не забывать об одновременном существенном изменении сопротивления, которое способно нарушить функциональное состояние электрической схемы.

Для расчета выбирают подходящую формулу с учетом известных исходных параметров (данные из примера 2 в предыдущем разделе):

• ток – 1,2 А;
• на сопротивлении R6=7,5 Ом мощность рассеивания составит: P6 = I2 *R = 1,44 * 7,5 = 10,8 Вт;
• найти такой резистор сложно, так как в стандартном ряду предлагаются номиналы от 0,05 до 5Вт;
• в другой цепи (R5=20 Ом) расчетный ток составит 0,15 А, поэтому P5= 0,0225 * 20 = 0,45 Вт;
• в этом случае можно выбрать изделие с подходящей мощностью рассеивания в стандартной номенклатуре 0,5 Вт (специалисты рекомендуют делать 1,52 кратный запас, поэтому лучше использовать резистор на 1 Вт).

Стандартные обозначения на электрических схемах и типовые номиналы по мощности

К сведению. При выборе резисторов следует учитывать класс изделия по точности электрического сопротивления. В серийных деталях допустимы отклонения 5-20%.

Выбирают подходящий вариант (комбинацию) с учетом имеющихся исходных данных. Следует помнить о едином напряжении на входе и выходе и разных токах в отдельных ветках. Технология вычислений рассмотрена в предыдущих разделах.

Общий ток I протекающий в цепи параллельных резисторов равняется сумме отдельных токов, протекающих во всех параллельных ветвях, причем ток в отдельно взятой ветви не обязательно должен быть равен току в соседних ветвях.

Несмотря на параллельное соединение, к каждому резистору приложено одно и то же напряжение. А поскольку величина сопротивлений в параллельной цепи может быть разной, то и величина протекающего тока через каждый резистор тоже будет отличаться (по определению закона Ома).

Рассмотрим это на примере двух параллельно соединенных резисторов. Ток, который течет через каждый из резисторов ( I1 и I2 ) будет отличаться друг от друга поскольку сопротивления резисторов R1 и R2 не равны.Однако мы знаем, что ток, который поступает в цепь в точке «А» должен выйти из цепи в точке «B» .

Ток, протекающий в R1 = U ÷ R1 = 12 ÷ 22 кОм = 0,545 мА

Ток, протекающий в R 2 = U ÷ R2 = 12 ÷ 47 кОм = 0,255 мА

I = 0,545 мА 0,255 мА = 0,8 мА

I = U ÷ R = 12 В ÷ 15 кОм = 0,8 мА (то же самое)

где 15кОм — это общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов (22 кОм и 47 кОм)

И в завершении хочется отметить, что большинство современных резисторов маркируются цветными полосками и назначение ее можно узнать здесь.

Параметры резисторного элемента

1. Для резисторов применяется понятие мощности. При прохождении через них электротока происходит выделение тепловой энергии, рассеиваемой в окружающее пространство. Мощность детали является параметром, который показывает, сколько энергии она может выделить в виде тепла, оставаясь работоспособной. Мощность зависит от габаритов детали, поэтому у маленьких зарубежных резисторов ее определяют на глаз, сравнивая с российскими, технические характеристики которых известны;

Ряд сопротивления резистора Е24

Важно! Импортные резисторные элементы идентичной мощности имеют несколько меньшие размеры, так как российские производятся с некоторым запасом по этому показателю.

На схеме мощность показана следующим образом.

Условное обозначение мощности

1. Второй параметр – сопротивление элемента. На российских деталях типа МЛТ и крупных импортных образцах оба параметра указываются на корпусе (мощность – Вт, сопротивление – Ом, кОм, мОм). Для визуального определения сопротивления миниатюрных импортных элементов применяется система условных обозначений с помощью цветных полосок;

Цветовая маркировка резисторов

Как определить силу тока в резисторе при разных типах соединения

Один из способов определения силы тока в резисторе – это ее прямое измерение мультиметром. Измерения следует проводить в разрыве цепи после резистора следующим образом:

– выставить на тестере максимально допустимый диапазон,

– присоединить щупы прибора к месту разрыва цепи.

Применив закон Ома, искомую величину можно также определить расчетным путем:

где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление (единицы измерения ампер (А), вольт (В), ом (Ом) соответственно).

В приборостроении и электротехнике применяются различные типы соединения и подключения резисторов, что обеспечивает разнообразие электротехнических свойств электрических схем.

Типы соединений резисторов

Соединение элементов в одну цепь осуществляется следующими способами:

Общие схемы типов соединений представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Типы соединений резисторов

Параллельным соединением принято считать соединение, при котором элементы цепи соединены так, что их начала могут соединиться в одной точке, а концы – в другой (см.рис.2)

Рисунок 2. Параллельное соединение резисторов

Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлено несколько вариантов пути, поэтому на каждом участке с резистором будет протекать ток, величиной, обратно пропорциональной сопротивлению резистора.

При увеличении нагрузки параллельного соединения, в случае подключения большого числа резисторов способом параллельного соединения в электрическую цепь, общее сопротивление цепи значительно уменьшится, за счет увеличения числа путей, предоставленных потоку заряженных частиц. Увеличение количества возможных вариантов движения влечет за собой уменьшение противодействия движению тока.

Как найти сопротивление параллельно соединенных резисторов?

Общее сопротивление резисторов в случае параллельного соединения определено по закону Ома в следующем соотношении:

и рассчитывается по формуле:

Для примера произведем расчет общего сопротивления для цепи из двух резисторов, обладающих сопротивлением R₁= R₂=7Ом (см. рис.3а)

Сопротивление на участке АВ _{(1– 2)} в 2 раза меньше R каждого из резисторов.

При параллельном подсоединении к рассматриваемой цепи еще одного резистора, также обладающего аналогичным сопротивлением R₃=7Ом (см. рис.3б) общее сопротивление цепи рассчитывается с учетом предыдущих вычислений, где R₁₂= 3,5Ом

Rобщ= 3,5*7/ (3,5+7) = 2,33 Ом

R₁₂₃< R₃

Рисунок 3. Увеличение цепи параллельного соединения резисторов

Из расчетов следует, что общее сопротивление (см. рис.3в) всегда будет меньше сопротивления любого параллельно включенного резистора. Такое условие обеспечивается равенством токов на входе и выходе узлов или групп параллельных резисторов и постоянством напряжения в сети.

Что такое последовательное соединение резисторов?

При последовательном соединении резисторы подсоединяются друг за другом, при этом конец предыдущего резистора соединен с началом последующего резистора (рисунок 4).

Рисунок 3. Последовательное соединение резисторов.

Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлен один путь, поэтому, чем больше резисторов подсоединено, тем большее сопротивление движущимся заряженным частицам они оказывают, то есть общее сопротивление участка цепи Rобщ возрастает.

Формула для расчета общего сопротивления при последовательном соединении имеет вид:

Как рассчитать напряжения на последовательно соединенных резисторах?

Последовательное соединение резисторов увеличивает общее сопротивление. Ток во всех частях схемы будет одинаковым, при этом будет определяться падение напряжения на каждом резисторе.

Общее напряжение питания на резисторах, соединенных последовательно, равно сумме разностей потенциалов на каждом резисторе:

Применив закон Ома, можно вычислить напряжение на каждом резисторе:

Напряжение на участке АВ рассчитывается по формуле:

Резисторы, соединенные последовательно, применяются в электротехнике в качестве делителя напряжения.

Рисунок 5. Схема простейшего делителя напряжения

Регулируя сопротивление обоих резисторов можно выделить требуемую часть входящего напряжения. При необходимости деления напряжения на несколько частей к источнику напряжения подключается несколько последовательно соединенных резисторов.

Смешанное соединение резисторов

В электротехнике наиболее распространено использование различных комбинаций параллельного и последовательного подключения. Силу тока при смешанном соединении резисторов определяют путем разделения цепи на последовательно соединенные части. Однако для определения общего сопротивления в случае параллельного сопротивления различных частей следует применять соответствующую формулу.

Алгоритм расчета смешанного подключения аналогичен правилу расчета базовой схемы последовательного и параллельного подключения резисторов. В этом нет ничего нового: нужно правильно разложить предложенное решение на пригодные для расчета части. Участки с элементами подключаются поочередно или параллельно. Гибридное резистивное соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного. Эту комбинацию иногда называют последовательно-параллельным соединением.

На рисунке 6 представлена схема смешанного соединения резисторов.

Рисунок 6. Смешанное соединение резисторов.

На рисунке показано, что резисторы R₂ и R₃ соединены параллельно, а R₁, R₂₃ и R₄ последовательно.

Чтобы рассчитать сопротивление этого соединения, вся схема делится на простейшие части, начиная с параллельного или последовательного сопротивления. Тогда следующий алгоритм выглядит следующим образом:

1. Определите эквивалентное сопротивление части резистора, подключенной параллельно.

2. Если эти части содержат резисторы, включенные последовательно, сначала рассчитайте их сопротивление.

3. Вычислив эквивалентное сопротивление резистора, перерисовываем схему. Обычно схема получается из последовательного эквивалентного сопротивления.

4. Рассчитайте сопротивление цепи.

Другие способы подключения хорошо видны на примере, показанном на рисунке. Без специальных расчетов очевидно, что параллельное соединение резисторов создает несколько путей для тока. Следовательно, в одиночном контуре его сила будет меньше по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. При этом напряжение на отметке остается неизменным.

Пример участка цепи для расчета сопротивления смешанного соединения показан на рисунке 5.

Рисунок 7. Общее сопротивление участка цепи со смешанным соединением резисторов.

• Компания
  • История АО «НПО» ЭРКОН»
  • Экология
  • Документы
  • СМИ о нас
  • Вакансии
  • Отзывы
  • Перспективные разработки
  • Прецизионные резисторы
  • ВЧ и СВЧ резисторы
  • ВЧ и СВЧ аттенюаторы и поглотители
  • Высокоомные высоковольтные резисторы
  • Мощные резисторы
  • Наборы резисторов, делители
  • Низкоомные фольговые резисторы
  • Резисторы общего применения
  • Специальные изделия
  • Чип-индуктивности
  • Перемычки
  • Аттестация испытательного оборудования
  • Испытательная лаборатория
  • История АО «НПО» ЭРКОН»
  • Экология
  • Документы
  • СМИ о нас
  • Вакансии
  • Отзывы
  • Перспективные разработки
  • Прецизионные резисторы
  • ВЧ и СВЧ резисторы
  • ВЧ и СВЧ аттенюаторы и поглотители
  • Высокоомные высоковольтные резисторы
  • Мощные резисторы
  • Наборы резисторов, делители
  • Низкоомные фольговые резисторы
  • Резисторы общего применения
  • Специальные изделия
  • Чип-индуктивности
  • Перемычки
  • Аттестация испытательного оборудования
  • Испытательная лаборатория

  Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных. Продолжая использование сайта, вы даёте согласие на работу с данными файлами.

  Сила тока в резисторе

  В упрощенном понимании электрическая цепь представляет собой совокупность элементов, реализующих определенные задачи при взаимодействии с электрическим током. При этом каждая из деталей выполняет свои функции при строго определенных параметрах. Они могут значительно отличаться от входящих значений. Одним из самых распространенных элементов электрической схемы является резистор.

  

  Резистор выступает своеобразным ограничителем силы тока. По своей сути этот элемент является дополнительным сопротивлением, которое измеряется в омах. Собственно, зная это значение можно определить силу тока в резисторе, а также напряжение в цепи после него.

  Определение силы тока на резисторе при разных типах соединения

  Самым простым способом определить силу тока в резисторе можно воспользовавшись мультиметром. Измерение проводятся в разрыве цепи после резистора. На тестере выставляется максимальный диапазон величин, а щупы прибора подсоединяются к месту разъединения проводника. На дисплее мультиметра будут отображены результаты измерения силы тока в резисторе.

  

  Но данный вариант не всегда возможен. Под рукой может не оказаться тестера или технически невозможно разорвать цепь чтобы измерить силу тока на резисторе. В такой ситуации на помощь придет известный из школьной физики закон Ома, который выглядит следующим образом:

  I = U/R, где у нас I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление.

  В системе СИ эти величины измеряются в амперах (А), вольтах (В), омах (Ом) соответственно.

  Подставляя необходимые значения в формулу можно определить сопротивление, напряжение и силу тока на резисторе или любом участке, или элементе электрической цепи.

  

  Последовательное соединение резисторов

  Рассмотрим электрическую цепь, в которой три резистора расположены последовательно, т.е. друг за другом. Общее их сопротивление (R) будет рано сумме сопротивлений отдельного резистора (r).

  R=r1+r2+r3

  Для наглядности примера, в качестве резисторов рассмотрим обычные 40 Вт лампы накаливании. В данном случае вольфрамовая нить обладает своим сопротивлением и ее вполне можно считать резистором. Также введем понятие мощности нагрузки или резистора (P), которая измеряется в ватах (Вт).

  

  Она имеет прямолинейную зависимость от силы тока и напряжения и вычисляется по формуле: P=I х U. С помощью несложных вычислений мы можем найти силу тока на резисторе, в качестве которого выступает лампочка.

  Сила тока (I) = Мощность лампы (Р) / Напряжение (U) = 40 Вт / 220 В = 0,1818 А.

  Для последовательного соединения элементов в электрической цепи справедливо правило, что силы тока протекающие через все проводники одинакова. Таким образом сила тока в резисторе r2 или r3 также будет 0,1818 А. Но в нашем варианте с лампочками будет отмечена одна особенность – яркость свечения уменьшится. Это происходит из-за того, что резистор выступает в качестве делителя напряжения. Этот нюанс часто используют для продления срока службы не ответственных устройств. Например, впаяв сопротивление перед лампочкой можно продлить срок ее службы, но при этом придется смерится с недостатком освещенности.

  Параллельное соединение резисторов

  

  При параллельном расположении резисторов в сети, они имеют общую точку контакта на входе и на выходе. В этом случае общее напряжение будет соответствовать значению напряжения на каждом отрезке, а вот ток будет суммироваться (I об= I1 + I2 +I3). Это соотношение имеет большое значение для практического применения и получило название – закон разветвленной цепи.

  Несмотря на то, что общий ток в цепочке резисторов, соединенных параллельно на выходе равен сумме токов в самостоятельной ветке, для конкретного участка он может отличаться. Это обусловлено тем же законом Ома, при условии разности сопротивлений. Чтобы узнать силу тока на каждом резисторе в соответствующей ветке, необходимо знать их сопротивление. При параллельном соединении, напряжение на обособленном участке, является постоянной величиной. Соответственно сила тока отельного резистора легко вычисляется по закону Ома для участка цепи.

  

  Смешанное соединение резисторов в цепи

  В чистом виде параллельные и последовательные цепи в электротехнике встречаются крайне редко. Как правило, присутствует их совместная комбинация. Для того чтобы найти силу тока в каждом резисторе при смешанном соединении, необходимо цепь разбить на участки. Таким образом при расположении элементов друг после друга, т.н. «каскадом», применяются правила и формулы для последовательного соединения.

  

  Результаты измерения силы тока в резисторе. Различные типы резисторов.

  Необходимо отметить, что для упрощения расчетов параллельно расположенные резисторы можно группировать. При вычислении силы тока на определенном участке, они принимаются за самостоятельный элемент. Соответственно в этом случае формулы используются как для расчета параметров при параллельном соединении.

  Как найти силу тока?

  Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.

  Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.

  Формулами

  Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.

  Через заряд и время

  Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.

  

  Рис. 1. Определение понятия сила тока

  Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t

  Через мощность и напряжение

  В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.

  Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.

  Через напряжение или мощность и сопротивление

  Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I 2 R, откуда

  

  Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.

  Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

  Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:

  • внешнее сопротивление проводников (R);
  • ЭДС источника питания (ε);
  • внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).

  Закон Джоуля-Ленца

  Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.

  Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ₀) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.

  

  Рис. 2. Закон Джоуля-Ленца

  Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:

  

  Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.

  Измерительными приборами

  Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

  Амперметром

  Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

  Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

  

  Рис. 3. Схема подключения амперметра

  Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

  Рис. 4. Аналоговый амперметр

  Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

  При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

  Мультиметром

  Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

  Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

  Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

  Примеры

  Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.

  Задача 1.

  

  Рис. 5. Пример 1

  Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R

  • I₁ = U/R₁ =100/5 = 20 А;
  • I₂ = U/R₂ =100/25 ≈ 4 А;
  • I₃ = U/R₃ =100/50 = 2 А.

  Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:

  

  Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)

  Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

  Ответ:

  • Сила тока на сопротивлениях: I₁ =20 А; I₂ = 4А; I₃ = 2 А.
  • Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.

  Задача 2.

  Решение:

  Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.

  • 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
  • Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
  • Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.

  Задача 3.

  Решение.

  Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

  I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

  Ответ: сила тока 1 А.

  Задача 4.

  Решение:

  За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.

  Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U 2 /R)*t или

  A = ((220 В) 2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч

  Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.

  Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

  Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.