Как найти силу тока через сопротивление: Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс.

как рассчитать силу тока? Как рассчитать силу тока резисторов?

Любая электротехническая система – это комплекс электрических устройств, объединенных в общую цепь для решения различных задач (освещения, отопления, передачи информации, контроля физических параметров и т.д.). Для эффективной и безопасной работы при разработке электрической схемы и подбора оборудования, необходимо учитывать такие параметры как напряжение, сила тока, сопротивление, мощность устройств энергопотребления.

Все они взаимосвязаны и имеют определенную зависимость друг от друга, в соответствии с законом Ома. Зная отдельные параметры, можно без труда рассчитать, как силу тока, так и величину остальных значений.

Как рассчитать силу тока для отдельных элементов электрической цепи

При монтаже электрической проводки как в домашних, так и в промышленных условиях необходимо правильно рассчитать силу тока. Это необходимо в перовую очередь для правильного подбора сечения кабеля или провода. В случае если диаметр проводника будет ниже необходимого, то кабель будет чрезмерно нагреваться. Это может привести к оплавлению изоляции, короткому замыканию и как правило, в большинстве случаев является причиной пожаров.

Как рассчитать силу тока по мощности электроприбора

Мощность электрического устройства является величиной физической и характеризует скорость преобразования или передачи энергии. В системе СИ единицей мощности принят ватт. Для однофазной сети данный показатель можно определить по простой формуле:

Р=U x I, где U- напряжение в электрической сети в вольтах, а I – сила тока в амперах. То есть для того чтобы рассчитать силу тока, зная мощность электрического изделия необходимо преобразовать формулу и получаем ее в таком виде I (сила тока, А) = Р (мощность устройства, Вт) / U (напряжение сети, В).

Практический пример как рассчитать силу тока для выбора провода питания зная мощность прибора и напряжение в сети.

Задача: необходимо подобрать кабель для подключения электрического камина в частном доме.

Исходными данными имеющими значение будут мощность, указанная в документации на электрокамин (условимся что она завалена производителем в 5 кВт) и напряжение сети (как правило, для частного дома эта величина составляет 220 В, при условии, что сеть однофазная).

Подставив эти значения в вышеуказанную формулу (5000/220) мы получаем значение силы тока в 22,7А. Исходя из этого выбираем кабель соответствующего сечения. Необходимо принимать во внимание, что все расчетные параметры кабельной продукции стандартизированы и в любом случае необходимо руководствоваться большей величиной. Так в нашем варианте подойдет медный кабель сечением 2,5 кв. мм. рассчитанный на ток 27 ампер.

Здесь рассмотрен вариант расчета силы тока для локального электроприбора. Если к кабелю будет подключено несколько устройств, то необходимо суммировать всю их мощность.

Как рассчитать силу тока по сопротивлению

Расчет силы тока для отдельного участка, зная сопротивление этого участка и напряжение в сети, не представляет собой особой сложности. Зависимость этих параметров определена законом Ома, формула которого в символьном виде выглядит следующим образом:

I=U/R, где – сила тока в амперах, напряжение сети в вольтах, а сопротивление участка в ом. В каких случаях прибегают к расчету силы тока по сопротивлению? Как правило, это ситуация, когда в помещении уже смонтирована проводка, но нет достоверных данных какой кабель применялся при прокладке и какую нагрузку он может выдержать. Таким образом замерив сопротивление электрического устройства омметром или мультиметром можно рассчитать силу потребляемого тока.

Для чего нужны резисторы в бытовых электрических цепях

Трехфазное электропитание в частном доме используется довольно редко из-за сложностей в организации электропроводки и повышенной опасности при эксплуатации. В обыкновенной электрической сети к которой подключаются все бытовые приборы имеет напряжение 220В. Но для работы отдельных устройств эта величина слишком большая. По закону Джоуля-Ленца, при прохождении электричества по проводнику выделяется тепло. Формула закона выгладит следующим образом:

Q = I²Rt, где Q — количество тепла, Дж; R и I – сопротивление и сила тока, а t – время протекания тока.

Из этого видно, что чем больше сила тока, тем больше тепла будет выделяться при работе устройства, что в итоге может привести к перегреву и выходу изделия из строя. Время тоже имеет значение, но в нашем варианте, для удобства понимания можно принят его равное 1.

Таким образом, чтобы избежать этой неприятности, нам необходимо увеличить сопротивление (см. на формулу закона Ома). Другими словами, необходимо в цепь включить резистор, который обладает дополнительным сопротивлением. Рассчитать силу тока для резистора можно посмотрев маркировку на его поверхности.

На практике данный принцип применяется при работе всей низковольтной аппаратуры, светодиодных источников света, а также в приборах контроля и автоматики. В последнем варианте это широко известные плавкие предохранители принцип работы, которых основан на применении законов Ома и Джоуля-Ленца. Т.е. при скачке напряжения возрастает сила тока и выделяется большое количество тепла, в результате чего из строя выходит только плавкий предохранитель, а остальные детали остаются работоспособными.

Сила тока – Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как «сила тока«. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг  — это провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет  в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

 

где

I — собственно сила тока, Амперы

N — количество электронов

t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq  — это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt — тот самый промежуток времени, секунды

I — сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10^-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅10¹⁸ электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅10¹⁸ электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока  — это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам,  Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову — это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу — это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум — это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе — это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет «протащить» через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его «порвет», то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель

Как только сила тока через тонкий проводок  предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели,  через которые «бегут» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

 

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм² . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

 

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы — амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который  может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое «сила тока».

советов по поиску тока в цепи | Блог Advanced PCB Design

 

 

Одна из моих предыдущих поездок за границу едва не закончилась катастрофой. Как дотошный человек, я всегда держал свой паспорт рядом с собой. Прежде чем вы зададитесь вопросом, нет, я потерял не паспорт, а квитанцию ​​о прибытии, которую я должен был вернуть в иммиграционную службу перед посадкой на рейс.

Мне потребовалось 30 минут лихорадочных поисков, прежде чем я нашел листок в куче квитанций. Я понятия не имею, как это закончилось среди квитанций, и как я закончил тем, что потратил почти все свои деньги, что привело к этой толстой стопке квитанций.

К счастью, мне не пришлось проходить многочасовые допросы в иммиграционном отделе. Точно так же у вас могут возникнуть различные проблемы, если вы забудете рассчитать ток в своей цепи, особенно когда это имеет решающее значение для функциональности конструкции.

Нельзя обсуждать расчет силы тока, не упомянув самые основные законы электроники: закон Ома. Закон Ома обозначает соотношение между напряжением, током и сопротивлением. Вы должны быть знакомы с уравнением V = IR.

Из уравнения можно легко получить значение тока, разделив напряжение на сопротивление или: 

I = V/R.

Это базовая электроника, которую вы должны знать еще до того, как начнете чертить схему. Расчет выглядит простым, когда у вас есть простая схема с одним элементом напряжения и резистором. В более сложной схеме, где у вас есть набор последовательных и параллельных конфигураций, вам необходимо проанализировать схему между узлами.

Расчет делителя напряжения будет полезен при определении напряжения, которое падает между двумя узлами. Это также помогает понять, что электрический ток разделяется на разные ветви в зависимости от сопротивления отдельной ветви.

Расчет тока для конденсатора и катушки индуктивности

Как бы ни был полезен закон Ома, он применяется только к резистивным нагрузкам в цепи. Если у вас есть конденсатор и катушка индуктивности, вам нужно будет по-другому подойти к анализу схемы. В цепи постоянного тока, где источником напряжения является сигнал постоянного тока, применяются следующие правила:

Однако приведенные выше допущения перестают быть верными, когда сигналы переменного тока подаются на конденсаторы и катушки индуктивности.

Ток, протекающий через конденсатор от синусоидального напряжения, накапливается в виде заряда и определяется по следующей формуле:

I = C (dv/dt)

Из уравнения видно, что конденсатор проходит непрерывную серию зарядов и разрядов при подаче переменного напряжения.

 

Конденсаторы ведут себя по-разному при анализе постоянного и переменного тока.

 

Что касается катушки индуктивности, расчет несколько сложнее из-за характеристики компонента. Катушки индуктивности создают силу, противодействующую протекающему через них току, и ток рассчитывается по формуле:

I = 1/L ∫vdt

При построении графиков зависимости тока от напряжения для конденсаторов и катушек индуктивности вы заметите, что оба параметра не совпадают по фазе на 90 градусов.

Определение тока для нелинейных цепей

Было бы ошибкой упускать из виду расчет тока для нелинейных компонентов.

Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности являются линейными компонентами, что означает, что результирующий ток пропорционален приложенному напряжению.

Нелинейные компоненты имеют непропорциональную ВАХ, в которой нельзя определить значение тока по одной формуле. Например, диод является нелинейным компонентом, поскольку через него проходит очень небольшой ток, когда напряжение на нем меньше, чем его прямое напряжение (Vf). Когда напряжение превышает Vf, прямой ток резко возрастает и ограничивается только максимальным пределом компонента.

 

Диоды представляют собой нелинейные компоненты, в которых ток не пропорционален приложенному напряжению.

 

Транзисторы, варисторы и стабилитроны являются некоторыми примерами нелинейных компонентов. Когда эти компоненты помещаются в цепь, вам необходимо учитывать, как нелинейная кривая ВАХ повлияет на протекание тока к другим компонентам.

Важно знать силу тока, протекающего в цепи, если вы работаете с печатной платой. Величина тока будет определять толщину и ширину дорожки печатной платы. Это очень важно, когда вы имеете дело с мощными конструкциями.

Работа с набором инструментов компоновки и опций анализа от Cadence поможет решить любую из ваших текущих задач проектирования на одном дыхании. Однако расчет тока вручную может быть утомительным, и даже опытные проектировщики допускают ошибки. Поэтому полезно, если вы используете программное обеспечение для печатных плат, такое как OrCAD PCB Designer, которое оснащено симулятором SPICE. Проверка расчетов сведет к минимуму ошибки.

Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

OrCAD
Начать бесплатную пробную версию

НАЧАТЬ СЕЙЧАС

Расчет тока через резистор спросил

9 лет, 6 месяцев назад

Изменено 2 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 6к раз

\$\начало группы\$

То, что я знаю, с источником тока, ток через резистор должен быть таким же, как источник. Но здесь у меня есть два источника тока, не повлияет ли это на значение? Мне нужно определить ток через каждый из резисторов.

^{имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab}

• резисторы
• источник тока

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Поскольку кто-то дал ответ, я предложу более интуитивный подход.

Поскольку два источника тока подключены параллельно, объедините источники 2 А и 1 А в один источник 3 А, и тогда вы получите каноническую схему делителя тока.

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

$$I_{R1} = 3A \dfrac{R_2}{R_1 + R_2} = 3A \dfrac{6}{3 + 6} = 2A $$

и т. д.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

R1 и R2 подключены параллельно. По закону Ома:

3 Ом || 6 Ом = 2 Ом

I1 и I2 параллельны относительно нагрузки. KCL:

2A + 1A = 3A

Источники тока включены последовательно с резисторами. Закон Ома:

2 Ом * 3 А = 6 В

На каждом резисторе одинаковое напряжение. Закон Ома:

6В/3Ом = 2А
6В/6Ом = 1А

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Ваши источники тока параллельны, поэтому их можно добавить (I = I1 + I2)

Тогда, поскольку ваши резисторы параллельны, они имеют одинаковое напряжение, и ток делится между ними пропорционально:

 Ток Через R1 = R2/(R1+R2) x I
Ток через R2 = R1/(R1+R2) x I
 

Для перепроверки:

В этом случае R1 = 1/2 R1, поэтому ток через R1 будет в два раза больше тока через R2.

Итак, у вас есть особый случай, когда источники тока и номиналы резисторов находятся в соотношении 2:1, поэтому ответ виден сразу. Но для разных значений источника тока и резистора приведенные выше уравнения сначала вычисляют общий ток, а затем делят его пропорционально между двумя резисторами.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Параллельные резисторы имеют одинаковое напряжение, поэтому их ток зависит от их сопротивления по закону Ома.