Меню

Определить напряжение в цепи если при сопротивлении 2 ом сила тока равна 2 а

Определить напряжение в цепи если при сопротивлении 2 ом сила тока равна 2 а

Определите показания амперметра, если показания вольтметра равны 6 В. Ответ дайте в амперах.

Вычислим сопротивление участка с двумя резисторами по 5 Ом, подключёнными параллельно:

 дробь, числитель — 1, знаменатель — R = дробь, числитель — 1, знаменатель — 5 Ом плюс дробь, числитель — 1, знаменатель — 5 Ом равносильно R = 2,5Ом.

По закону Ома сила тока в цепи равна:

 дробь, числитель — U, знаменатель — R плюс 0,5 Ом = дробь, числитель — 6 В, знаменатель — 3 Ом = 2 А.

Таким образом, амперметр показывает 2 А.

В электрической цепи, представленной на схеме, сопротивления проводников R1 = 5 Ом и R2 = 10 Ом. Второй вольтметр показывает напряжение 8 В. Чему равно показание первого вольтметра? Вольтметры считать идеальными.

Первый вольтметр показывает напряжение на участке с двумя последовательно соединёнными резисторами. Сила тока при последовательном соединении постоянна. Найдём её из закона Ома для участка цепи со вторым резистором:

I= дробь, числитель — U_2, знаменатель — R_2 .

Напишем закон Ома для всего участка и найдём напряжение на первом вольтметре:

Источник

Закон Ома

Дата публикации: 28 марта 2013 .
Категория: Статьи.

Закон Ома для участка цепи

Соберем электрическую цепь (рисунок 1, а), состоящую из аккумулятора 1 напряжением в 2 В, рычажного реостата 2, двух измерительных приборов – вольтметра 3 и амперметра 4 и соединительных проводов 5. Установим в цепи при помощи реостата сопротивление, равное 2 Ом. Тогда вольтметр, включенный на зажимы аккумулятора, покажет напряжение в 2 В, а амперметр, включенный последовательно в цепь, покажет ток, равный 1 А. Увеличим напряжение до 4 В путем включения другого аккумулятора (рисунок 1, б). При том же сопротивлении в цепи – 2 Ом – амперметр покажет уже ток 2 А. Аккумулятор напряжением 6 В изменит показание амперметра до 3 А (рисунок 1, в). Сведем наши наблюдения в таблицу 1.

Рисунок 1. Изменение тока в электрической цепи путем изменения напряжения при неизменном сопротивлении

Зависимость тока в цепи от напряжения при неизменном сопротивлении

Напряжение цепи в В Сопротивление цепи в Ом Ток цепи в А
2
4
6
2
2
2
1
2
3

Отсюда можно сделать вывод, что ток в цепи при постоянном сопротивлении тем больше, чем больше напряжение этой цепи, причем ток будет увеличиваться во столько раз, во сколько раз увеличивается напряжение.

Теперь в такой же цепи поставим аккумулятор с напряжением 2 В и установим при помощи реостата сопротивление в цепи, равное 1 Ом (рисунок 2, а). Тогда амперметр покажет 2 А. Увеличим реостатом сопротивление до 2 Ом (рисунок 2, б). Показание амперметра (при том же напряжении цепи) будет уже 1 А.

Рисунок 2. Изменение тока в электрической цепи путем изменения сопротивления при неизменном напряжении

При сопротивлении в цепи 3 Ом (рисунок 2, в) показание амперметра будет 2/3 А.

Результат опыта сведем в таблицу 2.

Зависимость тока в цепи от сопротивления при неизменном напряжении

Напряжение цепи в В Сопротивление цепи в Ом Ток цепи в А
2
2
2
1
2
3
2
1
2/3

Отсюда следует вывод, что при постоянном напряжении ток в цепи будет тем больше, чем меньше сопротивление этой цепи, причем ток в цепи увеличивается во столько раз, во сколько раз уменьшается сопротивление цепи.

Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению того же участка. Эта зависимость известна под названием закон Ома.

Если обозначим: I – ток в амперах; U – напряжение в вольтах; r – сопротивление в омах, то закон Ома можно представить формулой:

то есть ток на данном участке цепи равен напряжению на этом участке, деленному на сопротивление того же участка.

Видео 1. Закон Ома для участка цепи

Пример 1. Определить ток, который будет проходить по нити лампы накаливания, если нить имеет неизменное сопротивление 240 Ом, а лампа включена в сеть с напряжением 120 В.

Пользуясь формулой закона Ома, можно определить также напряжение и сопротивление цепи.

то есть напряжение цепи равно произведению тока на сопротивление этой цепи и

то есть сопротивление цепи равно напряжению, деленному на ток цепи.

Пример 2. Какое нужно напряжение, чтобы в цепи с сопротивлением 6 Ом протекал ток 20 А?

Пример 3. По спирали электрической плитки протекает ток в 5 А. Плитка включена в сеть с напряжением 220 В. Определить сопротивление спирали электрической плитки.

Если в формуле U = I × r ток равен 1 А, а сопротивление 1 Ом, то напряжение будет равно 1 В:

Отсюда заключаем: напряжение в 1 В действует в цепи с сопротивлением 1 Ом при токе в 1 А.

Потеря напряжения

Потеря напряжения
Рисунок 3. Потеря напряжения вдоль электрической цепи

На рисунке 3 приведена электрическая цепь, состоящая из аккумулятора, сопротивления r и длинных соединительных проводов, имеющих свое определенное сопротивление.

Как видно из рисунка 3, вольтметр, присоединенный к зажимам аккумулятора, показывает 2 В. Уже в середине линии вольтметр показывает только 1,9 В, а около сопротивления r напряжение равно всего 1,8 В. Такое уменьшение напряжения вдоль цепи между отдельными точками этой цепи называется потерей (падением) напряжения.

Потеря напряжения вдоль электрической цепи происходит потому, что часть приложенного напряжения расходуется на преодоление сопротивления цепи. При этом потеря напряжения на участке цепи будет тем больше, чем больше ток и чем больше сопротивление этого участка цепи. Из закона Ома для участка цепи следует, что потеря напряжения в вольтах на участке цепи равно току в амперах, протекающему по этому участку, умноженному на сопротивление в омах того же участка:

Пример 4. От генератора, напряжение на зажимах которого 115 В, электроэнергия передается электродвигателю по проводам, сопротивление которых 0,1 Ом. Определить напряжение на зажимах двигателя, если он потребляет ток в 50 А.

Очевидно, что на зажимах двигателя напряжение будет меньше, чем на зажимах генератора, так как в линии будет потеря напряжения. По формуле определяем, что потеря напряжения равна:

Если в линии потеря напряжения равна 5 В, то напряжение у электродвигателя будет 115 – 5 = 110 В.

Пример 5. Генератор дает напряжение 240 В. Электроэнергия по линии из двух медных проводов длиной по 350 м, сечением 10 мм² передается к электродвигателю, потребляющему ток в 15 А. Требуется узнать напряжение на зажимах двигателя.

Напряжение на зажимах двигателя будет меньше напряжения генератора на величину потери напряжения в линии. Потеря напряжения в линии U = I × r.

Так как сопротивление r проводов неизвестно, определяем его по формуле:

где ρ – удельное сопротивление меди (таблица 1, в статье «Электрическое сопротивление и проводимость»); длина l равна 700 м, так как току приходится идти от генератора к двигателю и оттуда обратно к генератору.

Подставляя r в формулу, получим:

Следовательно, напряжение на зажимах двигателя будет 240 – 18,3 = 221,7 В

Пример 6. Определить поперечное сечение алюминиевых проводов, которое необходимо применить, чтобы подвести электрическую энергию к двигателю, работающему при напряжении в 120 В и токе в 20 А. Энергия к двигателю будет подаваться от генератора напряжением 127 В по линии длиной 150 м.

Находим допустимую потерю напряжения:

Сопротивление проводов линии должно быть равно:

определим сечение провода:

где ρ – удельное сопротивление алюминия (таблица 1, в статье «Электрическое сопротивление и проводимость»).

По справочнику выбираем имеющееся сечение 25 мм².
Если ту же линию выполнить медным проводом, то сечение его будет равно:

Читайте также:  Измерение активной мощности в цепях переменного тока методом двух приборов

где ρ – удельное сопротивление меди (таблица 1, в статье «Электрическое сопротивление и проводимость»).

Выбираем сечение 16 мм².

Отметим еще, что иногда приходится умышленно добиваться потери напряжения, чтобы уменьшить величину приложенного напряжения.

Пример 7. Для устойчивого горения электрической дуги требуется ток 10 А при напряжении 40 В. Определить величину добавочного сопротивления, которое нужно включить последовательно с дуговой установкой, чтобы питать ее от сети с напряжением 120 В.

Потеря напряжения в добавочном сопротивлении составит:

Зная потерю напряжения в добавочном сопротивлении и ток, протекающий через него, можно по закону Ома для участка цепи определить величину этого сопротивления:

Закон Ома для полной цепи

При рассмотрении электрической цепи мы до сих пор не принимали в расчет того, что путь тока проходит не только по внешней части цепи, но также и по внутренней части цепи, внутри самого элемента, аккумулятора или другого источника напряжения.

Электрический ток, проходя по внутренней части цепи, преодолевает ее внутреннее сопротивление и потому внутри источника напряжения также происходит падение напряжения.

Следовательно, электродвижущая сила (э. д. с.) источника электрической энергии идет на покрытие внутренних и внешних потерь напряжения в цепи.

Если обозначить E – электродвижущую силу в вольтах, I – ток в амперах, r – сопротивление внешней цепи в омах, r – сопротивление внутренней цепи в омах, U – внутреннее падение напряжения и U – внешнее падение напряжения цепи, то получим, что

Это и есть формула закона Ома для всей (полной) цепи. Словами она читается так: ток в электрической цепи равен электродвижущей силе, деленной на сопротивление всей цепи (сумму внутреннего и внешнего сопротивлений).

Видео 2. Закон Ома для полной цепи

Пример 8. Электродвижущая сила E элемента равна 1,5 В, его внутреннее сопротивление r = 0,3 Ом. Элемент замкнут на сопротивление r = 2,7 Ом. Определить ток в цепи.

Пример 9. Определить э. д. с. элемента E, замкнутого на сопротивление r = 2 Ом, если ток в цепи I = 0,6 А. Внутреннее сопротивление элемента r = 0,5 Ом.

Вольтметр, включенный на зажимы элемента, покажет напряжение на них, равное напряжению сети или падению напряжения во внешней цепи.

Следовательно, часть э. д. с. элемента идет на покрытие внутренних потерь, а остальная часть – 1,2 В отдается в сеть.

Внутреннее падение напряжения

Тот же ответ можно получить, если воспользоваться формулой закона Ома для полной цепи:

Вольтметр, включенный на зажимы любого источника э. д. с. во время его работы, показывает напряжение на них или напряжение сети. При размыкании электрической цепи ток по ней проходить не будет. Ток не будет проходить также и внутри источника э. д. с., а следовательно, не будет и внутреннего падения напряжения. Поэтому вольтметр при разомкнутой цепи покажет э. д. с. источника электрической энергии.

Таким образом, вольтметр, включенный на зажимы источника э. д. с. показывает:
а) при замкнутой электрической цепи – напряжение сети;
б) при разомкнутой электрической цепи – э. д. с. источника электрической энергии.

Пример 10. Электродвижущая сила элемента 1,8 В. Он замкнут на сопротивление r =2,7 Ом. Ток в цепи равен 0,5 А. Определить внутреннее сопротивление r элемента и внутреннее падение напряжения U.

Так как r = 2,7 Ом, то

Из решенных примеров видно, что показание вольтметра, включенного на зажимы источника э. д. с., не остается постоянным при различных условиях работы электрической цепи. При увеличении тока в цепи увеличивается также внутреннее падение напряжения. Поэтому при неизменной э. д. с. на долю внешней сети будет приходиться все меньшее и меньшее напряжение.

В таблице 3 показано, как меняется напряжение электрической цепи (U) в зависимости от изменения внешнего сопротивления (r) при неизменных э. д. с. (E) и внутреннем сопротивлении (r) источника энергии.

Зависимость напряжения цепи от сопротивления r при неизменных э. д. с. и внутреннем сопротивлении r

E r r U = I × r U = I × r
2
2
2
0,5
0,5
0,5
2
1
0,5
0,8
1,33
2
0,4
0,67
1
1,6
1,33
1

Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Источник



Определить напряжение в цепи если при сопротивлении 2 ом сила тока равна 2 а

Задача № 1. Два проводника сопротивлением 2 Ом и 3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение.

Задача № 2. Два проводника сопротивлением 20 Ом и 30 Ом соединены последовательно. Напряжение на концах первого проводника 12 В. Определить сопротивление цепи, силу тока в цепи, напряжение на втором проводнике и полное напряжение.

Задача № 3. Два резистора соединены последовательно. Сопротивление первого 12 Ом, полное сопротивление 30 Ом. Сила тока в цепи 2 А. Определить сопротивление второго резистора, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение.

Задача № 4. В каких пределах можно менять сопротивление в цепи, если сопротивление реостата R имеет пределы 0…10 Ом? Сопротивление резистора R1 равно 20 Ом.

Ответ: Сопротивления R и R1 соединены параллельны. Сопротивление цепи будет изменяться в пределах от 20 до 30 Ом.

Задача № 5. Последовательно с нитью накала радиолампы сопротивлением 3,9 Ом включен резистор, сопротивление которого 2,41 Ом. Определите их общее сопротивление.

Задача № 6. Общее сопротивление последовательно включенных двух ламп сопротивлением 15 Ом каждая и реостата равно 54 Ом. Определите сопротивление реостата.

Задача № 7. Два резистора сопротивлением 8 и 1 кОм соединены последовательно. Определите показание вольтметра, подключенного между точками А и С, если сила тока в цепи равна 3 мА. Что будет показывать вольтметр, подключенный между точками А и В, В и С?

Задача № 8. В цепь включены последовательно три проводника сопротивлениями: R1=5 Ом, R2=6 Ом, R3= 12 Ом. Какую силу тока показывает амперметр и каково напряжение между точками А и В, если показание вольтметра 1,2 В?

Задача № 9. Последовательно с электрической лампой включен реостат. Начертите схему цепи и определите сопротивление реостата и лампы, если напряжение на зажимах цепи 12 В. Вольтметр, подключенный к реостату, показывает 8 В. Сила тока в цепи 80 мА.

Краткая теория для решения Задачи на Последовательное соединение проводников.

Задачи на Последовательное соединение проводников

Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Последовательное соединение проводников». Выберите дальнейшие действия:

3 Комментарии

Ошибка в задаче №3 — дважды повторяется слово «первого».

ТЕКСТ ЗАДАНИЯ
Найдите сопротивление цепи, если сила тока равна I= 5 Ампер , а напряжение в цепи U=220B
Верных ответов: 2
R=0.044 кОм
R=0.44 кОм
R=110 Ом
R=1100 Ом
R=44 Ом

Добавить комментарий Отменить ответ

Конспекты по физике:

7 класс

  • Физические величины
  • Строение вещества
  • Механическое движение. Траектория
  • Прямолинейное равномерное движение
  • Неравномерное движение. Средняя скорость
  • ЗАДАЧИ на движение с решением
  • Масса тела. Плотность вещества
  • ЗАДАЧИ на плотность, массу и объем
  • Силы вокруг нас (силы тяжести, трения, упругости)
  • ЗАДАЧИ на силу тяжести и вес тела
  • Давление тел, жидкостей и газов
  • ЗАДАЧИ на давление твердых тел с решениями
  • ЗАДАЧИ на давление жидкостей с решениями
  • Закон Архимеда
  • Сообщающиеся сосуды. Шлюзы
  • ЗАДАЧИ на силу Архимеда с решениями
  • Механическая работа, мощность и КПД
  • ЗАДАЧИ на механическую работу с решениями
  • ЗАДАЧИ на механическую мощность
  • Простые механизмы. Блоки
  • Рычаг. Равновесие рычага. Момент силы
  • ЗАДАЧИ на простые механизмы с решениями
  • ЗАДАЧИ на КПД простых механизмов
  • Механическая энергия. Закон сохранения энергии
  • Физика 7: все формулы и определения

8 класс

  • Введение в оптику
  • Тепловое движение. Броуновское движение
  • Диффузия. Взаимодействие молекул
  • Тепловое равновесие. Температура. Шкала Цельсия
  • Внутренняя энергия
  • Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение
  • Количество теплоты. Удельная теплоёмкость
  • Уравнение теплового баланса
  • Испарение. Конденсация
  • Кипение. Удельная теплота парообразования
  • Влажность воздуха
  • Плавление и кристаллизация
  • Тепловые машины. ДВС. Удельная теплота сгорания топлива
  • Электризация тел
  • Два вида электрических зарядов. Взаимодействие зарядов
  • Закон сохранения электрического заряда
  • Электрическое поле. Проводники и диэлектрики
  • Постоянный электрический ток
  • Сила тока. Напряжение
  • Электрическое сопротивление
  • Закон Ома. Соединение проводников
  • Работа и мощность электрического тока
  • Закон Джоуля-Ленца и его применение
  • Электромагнитные явления
  • Колебательные и волновые явления
  • Физика 8: все формулы и определения
  • ЗАДАЧИ на количество теплоты с решениями
  • ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями
  • ЗАДАЧИ на плавление и отвердевание
  • ЗАДАЧИ на парообразование и конденсацию
  • ЗАДАЧИ на КПД тепловых двигателей
  • ЗАДАЧИ на Закон Ома с решениями
  • ЗАДАЧИ на сопротивление проводников
  • ЗАДАЧИ на Последовательное соединение
  • ЗАДАЧИ на Параллельное соединение
  • ЗАДАЧИ на Работу электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Мощность электрического тока
  • ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца
  • Опыты Эрстеда. Магнитное поле. Электромагнит
  • Магнитное поле постоянного магнита
  • Действие магнитного поля на проводник с током
  • Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея
  • Явления распространения света
  • Дисперсия света. Линза
  • Оптические приборы
  • Электромагнитные колебания и волны

9 класс

  • Введение в квантовую физику
  • Формула времени. Решение задач
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равномерное движение
  • ЗАДАЧИ на Прямолинейное равноускоренное движение
  • ЗАДАЧИ на Свободное падение с решениями
  • ЗАДАЧИ на Законы Ньютона с решениями
  • ЗАДАЧИ закон всемирного тяготения
  • ЗАДАЧИ на Движение тела по окружности
  • ЗАДАЧИ на искусственные спутники Земли
  • ЗАДАЧИ на Закон сохранения импульса
  • ЗАДАЧИ на Механические колебания
  • ЗАДАЧИ на Механические волны
  • ЗАДАЧИ на Состав атома и ядерные реакции
  • ЗАДАЧИ на Электромагнитные волны
  • Физика 9 класс. Все формулы и определения
  • Относительность движения
  • Равномерное прямолинейное движение
  • Прямолинейное равноускоренное движение
  • Свободное падение
  • Скорость равномерного движения тела по окружности
  • Масса. Плотность вещества
  • Сила – векторная физическая величина
  • Первый закон Ньютона
  • Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона
  • Трение покоя и трение скольжения
  • Деформация тела
  • Всемирное тяготение. Сила тяжести
  • Импульс тела. Закон сохранения импульса
  • Механическая работа. Механическая мощность
  • Кинетическая и потенциальная энергия
  • Механическая энергия
  • Золотое правило механики
  • Давление твёрдого тела. Давление газа
  • Закон Паскаля. Гидравлический пресс
  • Закон Архимеда. Условие плавания тел
  • Механические колебания и волны. Звук
  • МКТ. Агрегатные состояния вещества
  • Радиоактивность. Излучения. Распад
  • Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
  • Состав атомного ядра. Изотопы
  • Ядерные реакции. Ядерный реактор

10-11 классы

  • Молекулярно-кинетическая теория
  • Кинематика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Динамика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Законы сохранения. Работа и мощность. Теория, Формулы, Шпаргалка
  • Статика и гидростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Термодинамика. Теория, формулы, схемы
  • Электростатика. Теория и формулы + Шпаргалка
  • Постоянный ток. Теория, формулы, схемы
  • Магнитное поле. Теория, формулы, схемы
  • Электромагнитная индукция
  • Закон сохранения импульса. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Колебания и волны. Задачи ЕГЭ с решениями
  • Физика 10 класс. Все формулы и темы
  • Физика 11 класс. Все формулы и определения
  • Световые кванты
  • ЕГЭ Квантовая физика. Задачи с решениями
  • Излучения и спектры
  • Атомная физика (физика атома)
  • ЕГЭ Закон Кулона. ЗАДАЧИ с решениями
  • Электрическое поле. ЗАДАЧИ с решениями
  • Потенциал. Разность потенциалов. ЗАДАЧИ с решениями
  • Закон Ома. Соединение проводников. ЗАДАЧИ на ЕГЭ
  • Закон Ома для всей цепи. ЗАДАЧИ на ЕГЭ

Найти конспект

О проекте

Сайт «УчительPRO» — некоммерческий школьный проект учеников, их родителей и учителей. Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie и других пользовательских данных в целях функционирования сайта, проведения статистических исследований и обзоров. Если вы не хотите, чтобы ваши данные обрабатывались, покиньте сайт.

Читайте также:  Высоковольтный постоянный ток это

Возрастная категория: 12+

(с) 2021 Учитель.PRO — Копирование информации с сайта только при указании активной ссылки на сайт!

Источник

Определить напряжение в цепи если при сопротивлении 2 ом сила тока равна 2 а

Соберем электрическую цепь (рис. 22, а), состоящую из аккумулятора 1 напряжением 2 в, рычажного реостата 2, двух измерительных приборов — вольтметра 3 и амперметра 4 и соединительных проводов 5. Установим в цепи при помощи реостата сопротивление, равное 2 ом. Тогда вольтметр, включенный на зажимы аккумулятора, покажет напряжение 2 в, а амперметр, включенный последовательно в цепь, покажет ток, равный 1 а. Увеличим напряжение до 4 в путем включения другого аккумулятора (рис. 22, б). При том же сопротивлении в цепи — 2 ом — амперметр покажет уже ток 2 а. Аккумулятор напряжением 6 в изменит показание амперметра до 3 а (рис. 22, в). Сведем наши наблюдения в табл. 4.

Рис. 22. Изменение тока в электрической цепи путем изменения напряжения цепи при неизменном сопротивлении
Рис. 22. Изменение тока в электрической цепи путем изменения напряжения цепи при неизменном сопротивлении

Таблица 4. Зависимость тока в цепи от напряжения при неизменном сопротивлении
Таблица 4. Зависимость тока в цепи от напряжения при неизменном сопротивлении

Отсюда можно сделать вывод, что ток в цепи при постоянном сопротивлении тем больше, чем больше напряжение этой цепи, причем ток будет увеличиваться во столько раз, во сколько раз увеличивается напряжение.

Теперь в такой же цепи поставим аккумулятор с напряжением 6 в и установим при помощи реостата сопротивление в цепи, равное 1 ом (рис. 23, а). Тогда амперметр покажет 6 а. Увеличим реостатом сопротивление до 2 ом (рис. 23, б). Показание амперметра (при том же напряжении цепи) будет уже 3 а.

Рис. 23. Изменение тока в электрической цепи путем изменения сопротивления при неизменном напряжении
Рис. 23. Изменение тока в электрической цепи путем изменения сопротивления при неизменном напряжении

При сопротивлении в цепи 3 ом (рис. 23, в) показание амперметра будет 2 а.

Результаты опыта сведем в табл. 5.

Таблица 5. Зависимость тока в цепи от сопротивления при неизменном напряжении
Таблица 5. Зависимость тока в цепи от сопротивления при неизменном напряжении

Отсюда следует вывод, что при постоянном напряжении ток в цепи будет тем больше, чем меньше сопротивление этой цепи, причем ток в цепи увеличивается во столько раз, во сколько раз уменьшается сопротивление цепи.

Как показывают опыты, ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению того же участка. Эта зависимость известна под названием закона Ома.

Если обозначим: I — ток в амперах, U — напряжение в вольтах, r — сопротивление в омах, то закон Ома можно представить формулой

т. е. ток на данном участке цепи равен напряжению на этом участке, деленному на сопротивление того же участка.

Пример 10. Определить ток, который будет проходить по нити лампы накаливания, если нить имеет неизменное сопротивление 240 ом, а лампа включена в сеть с напряжением 120 в:

Читайте также:  Ток по фазам не равен суммарного току

Пользуясь формулой закона Ома, можно определить также напряжение и сопротивление цепи:

т. е. напряжение цепи равно произведению тока на сопротивление этой цепи, и

т. е. сопротивление цепи равно напряжению, деленному на ток.

Произведение тока I, протекающего через какое-либо сопротивление, на величину этого сопротивления r называется падением напряжения на этом сопротивлении и обозначается буквой U:

Пример 11. Какое нужно напряжение, чтобы в цепи с сопротивлением 6 ом протекал ток 20 а?

Пример 12. По спирали электрической плитки протекает ток в 5 а. Плитка включена в сеть с напряжением 220 в. Определить сопротивление спирали электрической плитки:

Если в формуле U = I⋅r ток равен 1 а, а сопротивление 1 ом, то напряжение будет равно 1 в:

Отсюда заключаем: напряжение в 1 в действует в цепи с сопротивлением 1 ом при токе в 1 а.

На рис. 24 приведена электрическая цепь, состоящая из источника электрической энергии, потребителя, имеющего сопротивление r, и длинных соединительных проводов, которые имеют сопротивление гл (сопротивление линии). При работе схемы, т. е. при прохождении по цепи электрического тока, показание вольтметра, включенного в начале линии U1, будет больше показания вольтметра, включенного в конце линии U2.

Рис. 24. Потеря напряжения в проводах
Рис. 24. Потеря напряжения в проводах

Такое уменьшение напряжения вдоль цепи по мере удаления от источника вызвано потерей напряжения в проводах ΔU:

Потеря напряжения в линии происходит потому, что часть напряжения будет теряться в проводах линии. При этом потеря напряжения будет тем больше, чем больше ток линии и чем больше сопротивление проводов. Потеря напряжения равна току, протекающему по проводам линии, умноженному на сопротивление проводов:

где U1 — напряжение в начале линии, в;

U2 — напряжение в конце линии, в;

ρ — удельное сопротивление проводов линии;

l — длина линии (в один конец), м;

S — сечение проводов, мм 2 .

Пример 13. От генератора, напряжение на зажимах которого 115 в, электроэнергия передается электродвигателю по проводам, сопротивление которых 0,1 ом. Определить напряжение на зажимах двигателя, если он потребляет ток в 50 а.

Очевидно, что на зажимах двигателя напряжение будет меньше, чем на зажимах генератора, так как в линии будет потеря напряжения. По формуле

Если в линии потеря напряжения равна 5 в, то напряжение у электродвигателя будет 115 — 5 = 110 в.

Пример 14. Напряжение на зажимах генератора равно 240 в. Электроэнергия по линии из двух медных проводов длиной по 350 м, сечением 10 мм 2 передается к электродвигателю, потребляющему ток в 15 а. Требуется определить напряжение на зажимах двигателя.

Напряжение на зажимах двигателя будет меньше напряжения генератора на величину потери напряжения в линии.

Так как сопротивление r проводов неизвестно, определяем его по формуле

r = 2 ρ⋅l = 2⋅ 0,0175⋅350 = 1,22 ом.
S 10

Подставляя r в формулу, получим

Следовательно, напряжение на зажимах двигателя будет 240 — 18,3 = 221,7 в.

Пример 15. Определить поперечное сечение алюминиевых проводов, которое необходимо применить, чтобы передать электрическую энергию двигателю, работающему при напряжении в 120 в и токе в 20 а. Энергия к двигателю будет подаваться от генератора напряжением 127 в по линии длиной 150 м.

Находим допустимую потерю напряжения:

Сопротивление проводов линии должно быть равно:

определяем сечение провода:

S = 2 ρ⋅l = 0,03⋅300 = 25,7 мм 2 .
r 0,35

По справочнику выбираем имеющееся сечение 25 мм 2 .

Если ту же линию выполнить медным проводом, то сечение его будет равно:

S = 2 ρ⋅l = 0,0175⋅300 = 15 мм 2 .
r 0,35

Выбираем сечение 16 мм 2 .

Пример 16. Для устойчивого горения электрической дуги требуется ток 10 а при напряжении 40 в. Определить величину добавочного сопротивления, которое нужно включить последовательно с дуговой установкой, чтобы питать ее от сети с напряжением 120 в.

Падение напряжения в добавочном сопротивлении составит

Зная падение напряжения в добавочном сопротивлении и ток, протекающий через него, можно по закону Ома для участка цепи определить величину этого сопротивления:

При рассмотрении электрической цепи мы до сих пор не принимали в расчет того, что путь тока проходит не только по внешней части цепи, но также и по внутренней части цепи, т. е. внутри самого элемента, аккумулятора или другого источника энергии.

Электрический ток, проходя по внутренней части цепи, преодолевает ее внутреннее сопротивление и потому внутри источника также происходит падение напряжения.

Следовательно, электродвижущая сила (э.д.с.) источника электрической энергии идет на покрытие внутренних и внешних потерь напряжения в цепи.

Если Е — электродвижущая сила в вольтах, I — ток в амперах, r — сопротивление внешней цепи в омах, r — сопротивление внутренней части цепи в омах, ΔU — внутренняя потеря напряжения и U — напряжение внешней цепи, то

Это есть формула закона Ома для всей цепи. Словами она читается так: ток в электрической цепи равен электродвижущей силе, деленной на сопротивление всей цепи (сумму внутреннего и внешнего сопротивлений).

Пример 17. Электродвижущая сила Е элемента равна 1,5 в, его внутреннее сопротивление r = 0,3 ом. Элемент замкнут на сопротивление r = 2,7 ом.

Определить ток в цепи:

Пример 18. Определить э.д.с. элемента Е, замкнутого на сопротивление r = 2 ом, если ток в цепи I = 0,6 а. Внутреннее сопротивление элемента r = 0,5 ом.

Вольтметр, включенный на зажимы элемента, покажет напряжение на них, равное напряжению сети или потере напряжения во внешней цепи:

Следовательно, часть э.д.с. элемента идет на покрытие внутренней потерн напряжения, а остальная часть — 1,2 в — отдается в сеть.

Внутреннее падение напряжения

Тот же ответ можно получить, если воспользоваться формулой закона Ома для всей цепи

При размыкании электрической цепи ток по ней проходить не будет. Ток не будет проходить также и внутри источника э.д.с., а следовательно, не будет и внутренней потери напряжения. Поэтому вольтметр при разомкнутой цепи покажет э.д.с. источника электрической энергии.

Таким образом, вольтметр, включенный на зажимы источника э.д.с., показывает:

при замкнутой электрической цепи — напряжение сети;

при разомкнутой электрической цепи — э.д.с. источника электрической энергии.

Пример 19. Электродвижущая сила элемента 1,8 в. Он замкнут на сопротивление r = 2,7 ом. Ток в цепи равен 0,5 а. Определить внутреннее сопротивление r элемента и внутреннее падение напряжения ΔU:

Из решенных примеров видно, что показание вольтметра, включенного на зажимы источника э.д.с., не остается постоянным при различных условиях работы электрической цепи. При увеличении тока в цепи увеличивается также внутренняя потеря напряжения; поэтому при неизменной э.д.с. на долю внешней сети будет приходиться все меньшее и меньшее напряжение.

В табл. 6 показано, как меняются ток в цепи и напряжение на зажимах U в зависимости от изменения внешнего сопротивления (r) при неизменных э.д.с. (Е) и внутреннем сопротивлении (r) источника энергии

Таблица 6. Зависимость тока в цепи и напряжения от сопротивления r при неизменных э.д.с. и внутреннем сопротивлении r0
Таблица 6. Зависимость тока в цепи и напряжения от сопротивления r при неизменных э.д.с. и внутреннем сопротивлении r

На рис. 25 приведена зависимость напряжения U на зажимах цепи от величины нагрузочного тока I.

Рис. 25. Зависимость напряжения на зажимах цепи от величины тока нагрузки
Рис. 25. Зависимость напряжения на зажимах цепи от величины тока нагрузки

Источник