Закон ома для участка цепи как звучит: Полный закон Ома для полной цепи. Формула закона Ома. « ЭлектроХобби

Изучаем закон Ома, понятия плотность тока и электрическая проводимость.

В практической электротехнике большое значение имеет за­висимость между напряжением на концах проводника и величиной тока в нем. Эта зависимость выражена в законе Ома. Но перед тем, как разобраться, что представляет собой закон Ома, необходимо разобрать понятия «плотность тока» и «электрическая проводимость».

Плотность тока. Электрическая проводимость

Плотность тока в проводе зависит от количества электричества (заряда), проходящего через единицу поперечного сечения  провода в секунду. Плотность электрического тока на рисунке:

В свою очередь, этот заряд зависит от средней скорости движения заряженных частиц в направлении, параллельном оси провода. Средняя скорость движения частиц пропорциональна силе поля в проводе или напряженности электрического поля. Таким образом, плотность тока  в проводе пропорциональна напряженности электрического поля Е, т. е.

j = yE 

где y — коэффициент, зависящий от материала провода и его температуры и называется удельная электрическая проводимость.

Так как в однородном поле
E = U / i, а j = I / S
то
I / S = j U / l

откуда

I = j S / l U = g U

где g — величина, зависящая от материала провода, его длины и поперечного сечения и называемая электрической про­водимостью, при неизменной температуре постоянна для данного провода. Электрическая проводимость величина обратная сопротивлению и измеряется в Сименсах (См).

Выражение I = jS/l U = gU, найденное опытным путем в первой поло­вине XIX века, представляет собой закон Ома, который явля­ется одним из основных законов электротехники. Согласно за­кону Ома, ток в проводнике прямо пропорционален напряже­нию между его концами.

Закон Ома для электрической цепи

В простейшем случае электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки (потребителя).

Закон Ома для участка цепи звучит так:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома формула:

Используя формулу закона Ома и зная два параметра цепи можно найти и третий. Например зная ток и напряжение на участке цепи можно вычислить сопротивление этой цепи. Для это цели придумали «магический треугольник» закона Ома:

Теперь мы рассмотрим закон Ома для полной цепи.

Для выше изображенной электрической цепи в другой статье было получено уравнение:
Е = U + U0.
По закону Ома напряжения U и U0 пропорциональны току в цепи:
U = Ir и U0 = Ir0,
где r0 — внутреннее сопротивление источника питания, а r—сопротивление внешнего участка цепи.
Подставив вместо U и U0 их значения, получим, что
Е = Ir + Ir0 = I(r + r0).
Отсюда ток
I = E / r +r0
Найденная зависимость называется законом Ома для электрической цепи или закон Ома для полной электрической цепи. Этот закон звучит так:

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника питания и обратно пропорционален сопротивлению нагрузки, плюс сопротивление проводников цепи, плюс внутреннее сопротивление источника питания.

Из статьи также следует, что напряжение на зажимах источника питания
U = E — U0 = E — Ir0.
Размыкание электрической цепи соответствует увеличению сопротивления приемника (внешнего сопротивления) до бесконечности. В этом случае ток равен нулю, а напряжение на зажимах источника питания
U = Е — Ir0 = E

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона — закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивле­ние электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин). Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а со­противление самого источника тока — внутренним со­противлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно за­кону Ома между ее концами должна существовать раз­ность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

или

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональ­на ЭДС в цепи и обратно пропорциональ­на общему сопротивлению цепи.

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Закон Ома для всей цепи и для участка цепи

В 1826 году Георг Ом сделал открытие, которое помогло лучше понять природу электрического тока. Он обнаружил зависимость напряжения от силы тока. Этот физический закон получил имя своего первооткрывателя – Закон Ома. Он звучит следующим образом: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Известно, что электрический ток – это движение заряженных частиц, упорядоченное под действием электрического поля. Электрический ток может протекать по электрической цепи – некой совокупности или цепи устройств, которые обеспечивают протекание тока по ним. Здесь действуют в первую очередь напряжение и сила тока, по этим параметрам можно охарактеризовать электрическую цепь.

Георг Ом смог открыть новый закон, который связывает все параметры между собой и объясняет, как они зависят друг от друга. Сопротивление измеряется в Омах согласно международной системе; 1 Ом – это сопротивление участка, на котором напряжение равно 1 Вольту при силе тока в 1 Ампер.

История открытия Закона Ома

Георг Ом работал преподавателем математике в университете в Кёльне, когда начал проводить свои основные опыты. Он посвятил себя изучению электричества, начав публиковать свои первые работы о свойствах гальванической цепи.

На тот момент многие ученые бились над загадкой природы электричества, многие сведения уже были открыты, многое уже было известно, но далеко не всё. Именно в этот период Ом начал проводить опыты с прохождением электрического тока по цепи, так он смог найти зависимость напряжения и силы тока.

Однако на тот момент из-за неточности приборов, учёный не смог получить достоверные данные, но уже в 1826 году он написал очередной свой труд, где уже смог сформировать этот закон. Из-за неточности в расчётах многие учёные того времени отказались принимать его и лишь через восемь лет была доказана его абсолютная правота и научная состоятельность.

Сопротивление проводника

После того, как подтвердились результаты исследований Ома, учёные всего мира стали учитывать новые сведения. Это послужило толчком к развитию учений и применения электричества.

В частности, это привело к появлению такого понятии, как сопротивление проводника, которое является одним из ключевых на данный момент.

Сопротивление проводника имеет буквенное обозначение R, являясь величиной постоянной и неизменной. Оно равно отношению напряжения между концами любого проводника к силе тока, который протекает в данный момент по этому проводнику.

Сопротивление имеет ряд своих особенностей. Согласно опытам, которые проводились в то время, сопротивление зависит от длины проводника, а также от сечения или толщины проводника. Если быть точнее, то сопротивление в прямой пропорции зависит от длины и обратнопропорционально сечению проводника. Т. е., чем его длина больше, тем выше сопротивление, но чем больше сечение, тем сопротивление ниже.

Внутреннее сопротивление цепи

Электрическая цепь состоит из различных элементов, к которым относятся источники тока и проводники. Каждый элемент обладает собственным сопротивлением, которое влияет на общую картину. В каждом случае электрический ток при прохождении совершает определённую работу.

Источник тока также обладает своим сопротивлением, поэтому, например, если включить фонарик, лампочка в нём загорится, так как ток начал проходить через спираль. Из-за имеющегося сопротивления спирали, ток начал совершать определённую работу, что привело к её накалу. Но при этом сама батарея в фонарике также начинает нагреваться, так как она тоже обладает сопротивлением. Его и называют внутренним сопротивлением источника.

разница с выражением для участка контура, определение, формула

Среди известных широкой общественности физических формул лидирует E=mc². По популярности с ней может соперничать только U=IR. Это простое выражение имеет фундаментальное значение для электротехники и описывает математически соотношение между параметрами участка электрической цепи. Менее известен закон Ома для полной цепи, который рассматривает нагрузку неотделимо от источника напряжения.

Основные понятия

Электрический ток течёт, когда замкнутый контур позволяет электронам перемещаться от высокого потенциала к более низкому в цепи. Иначе говоря, ток требует источника электронов, обладающего энергией для приведения их в движение, а также точки их возвращения отрицательных зарядов, для которой характерен их дефицит. Как физическое явление ток в цепи характеризуется тремя фундаментальными величинами:

• напряжение;
• сила тока;
• сопротивление проводника, по которому движутся электроны.

Сила и напряжение

Сила тока (I, измеряется в Амперах) есть объём электронов (заряд), перемещающихся через место в цепи за единицу времени. Иными словами, измерение I — это определение количества электронов, находящихся в движении. Важно понимать, что термин относится только к движению: статические заряды, например, на клеммах неподсоединённой батареи, не имеют измеряемого значения I. Ток, который протекает в одном направлении, называется постоянным (DC), а периодически изменяющий направление — переменным (AC).

Вольт — единица измерения, применяемая для электрической разницы потенциалов, самого потенциала и электродвижущей силы. Термин напряжение (U) относится к электрической разности потенциалов между точками. Любые статические заряды имеют значение в Вольтах, а величина их разности определяется как U.

Напряжение можно проиллюстрировать таким явлением, как давление, или как разность потенциальной энергии предметов под воздействием гравитации. Для того чтобы создать этот дисбаланс, нужно затратить предварительно энергию, которая и будет реализована в движении при соответствующих обстоятельствах. Например, в падении груза с высоты реализуется работа по его подъёму, в гальванических батареях разность потенциалов на клеммах образуется за счёт преобразования химической энергии, в генераторах — в результате воздействия электромагнитного поля.

Сопротивление проводников

Независимо от того, насколько хорош обычный проводник, он никогда не будет пропускать сквозь себя электроны без какого-либо сопротивления их движению. Можно рассматривать сопротивление как аналог механического трения, хотя это сравнение не будет совершенным. Когда ток протекает через проводник, некоторая разность потенциалов преобразуется в тепло, поэтому всегда будет падение напряжения на резисторе. Электрические обогреватели, фены и другие подобные устройства предназначены исключительно для рассеивания электрической энергии в виде тепла.

Упрощённо сопротивление (обозначается как R) является мерой того, насколько поток электронов тормозится в цепи. Оно измеряется в Омах. Проводимость резистора или другого элемента определяется двумя свойствами:

• геометрией;
• материалом.

Форма имеет важнейшее значение, это очевидно на гидравлической аналогии: протолкнуть воду через длинную и узкую трубу гораздо тяжелее, чем через короткую и широкую. Материалы играют определяющую роль. Например, электроны могут свободно перемещаться в медном проводе, но не способны протекать вообще через такие изоляторы, как каучук, независимо от их формы. Кроме геометрии и материала, существуют и другие факторы, влияющие на проводимость.

Закон для участка цепи

Существует фундаментальная связь между напряжением, током и проводимостью. Это знаменитое уравнение называется законом Ома, и его можно отобразить тремя эквивалентными способами:

Выраженный в словах он звучит так: ток, протекающий через проводник между двумя контактами, прямо пропорционален напряжению на этих контактах. Первые два выражения фиксируют константу пропорциональности между током и напряжением. Последнее можно рассматривать как определение для единичного резистора — элемента, позволяющего протекать единице тока под единичным напряжением.

Приведённые математические соотношения — основа для электротехники и электроники. Закон был назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома, который в монографии, опубликованной в 1827 г., описал измерения приложенного напряжения и тока с помощью простых электрических цепей, состоящих из проводов различной длины.

Исследователь объяснил свои экспериментальные результаты несколько сложнее, чем отражено в приведённых уравнениях, известных в современной физике как неполный закон Ома. Для того чтобы сформулировать закон Ома для полной электрической цепи, необходимо оперировать понятиями внутреннего сопротивления источника тока и электродвижущей силы.

Электродвижущая сила

Перемещение электронов в любом источнике создаётся с помощью сторонних сил. Их природа может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов. В генераторах тока они появляются как результат движения проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической схеме играет ту же роль, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Под воздействием внешних сил заряды двигаются внутри источника тока против сил электростатического поля. Это позволяет поддерживать постоянный ток в замкнутом контуре до тех пор, пока работают внешние силы. Физическая величина, равная отношению затраченной энергии сторонних сил на перемещение заряда, называется электродвижущей силой источника тока. Она может быть представлена формулой ℰ = A/q. В этом выражении:

• ℰ — ЭДС в вольтах;
• A — работа в джоулях;
• q — заряд в кулонах.

По аналогии с замкнутой гидравлической системой и насосом, электрические заряды протекают непрерывно по всему контуру, и привести их в движение могут только внешние силы. Это означает, что работу по перемещению заряда любым источником можно рассматривать как ЭДС и измерять в вольтах. Вывод о модели цепи с источником, в которой протекает ток, как о замкнутом контуре крайне важен для понимания закона Ома для полного участка цепи.

Внешнее и внутреннее сопротивление

Все батареи и генераторы обладают внутренним сопротивлением: электроды и электролиты неабсолютные проводники, как и провода обмоток электрических машин. Оно может варьироваться от тысячных долей ома до нескольких ом. Этот физический параметр является ключевым в законе Ома для всей цепи. В качестве математических моделей для рассмотрения и иллюстрации электрических процессов различают:

• Идеальный источник тока (ИИТ). Генерирует электрический ток, не зависящий от изменений напряжения. Внутреннее сопротивление ИИТ бесконечно, напряжение полностью определяется подключённой схемой. Ни один физический источник тока не может работать в условиях разрыва цепи, поэтому ИИТ возможен только в качестве абстрактной модели.
• Идеальный источник напряжения (ИИН). Представляет собой устройство, поддерживающее постоянное выходное напряжение независимо от тока, протекающего по контуру. Обладает нулевым внутренним сопротивлением. ИИН удобен для моделирования практических источников, которые можно представить как ИНН с подключённым резистором.

Внутренне сопротивление источника электрической энергии является фактором обеспечения максимальной мощности для подключённой к нему нагрузки. Наиболее эффективный перенос энергии происходит, когда внешнее сопротивление значительно превышает внутреннее у источника.

Например, свинцово-кислотные аккумуляторы автомобиля, благодаря низкому внутреннему сопротивлению, способны создавать относительно высокие токи при сравнительно низком напряжении. Однако, с другой стороны, высоковольтные источники должны иметь высокое внутренне сопротивление, чтобы ограничить количество тока, протекающего в результате случайного короткого замыкания.

Полный закон

Выражение U=IR описывает явления во фрагменте электрической цепи, через которую протекает ток. В этом уравнении не принимается во внимание наличие источников. Если исправить такое упрощение, то можно получить формулу закона Ома для полной цепи: ℰ =I (R+r).

В этом уравнении предусмотрено наличие в контуре источника питания электродвижущей силы ℰ c внутренним сопротивлением r. Поскольку ЭДС — практически величина, зависящая от внешних сил, то физический смысл имеет расчёт силы тока для полной цепи при помощи выражения: I=ℰ/(R+r).

Таким образом, полный постулат Ома гласит о зависимости силы тока в замкнутом контуре от внутреннего сопротивления его источника, то есть учитывает сопротивление электролита и электродов для гальванических элементов и проводимость обмоток генераторов. Основное практическое применение — расчёт силы тока в линейных электрических цепях DC, определение мощности и импеданса любых элементов цепи.

Закон Ома понятным языком | Инженерные знания

Рубрики: #электрофизика (inznan) , #основы физики (inznan) , #школьникам (inznan)

Один из фундаментальных законов, который всегда изучают в курсе физике — это закон Ома. Он относительно простой, но при этом весьма важен для корректного понимания. Давайте изучим его в режиме «для чайников».

С пониманием как такового физического явления, обуславливающего появление закона Ома, обычно проблем не возникает. Но вот с вариантами формулировки и записи самого закона, а также аспектами, связанными с особенностями его применения в разных случаях, сложности частенько появляются.

В основе закона Ома лежит некая физическая штука, которая называется сопротивление.

Понятие сопротивление доходчиво

Электрическое сопротивление — это величина, которая определяет способность проводника пропускать электрический ток. Полезно также освежить знания про электрический ток (писали в этой статье).

Представить это проще всего, исходя из строения металлов.

По классической теории металл состоит из кристаллической решетки, а между структурными элементами этой решетки путешествуют свободные электроны.

Внешнее электрическое поле заставляет их перемещаться и образуется электрический ток, т.е. направленное упорядоченное движение частиц.

Решетка металла мешает им двигаться по своему объему. Электроны трутся об её узлы и не могут протиснуться. Вот это явление и образует сопротивление. Это «сила», которая мешает перемещению.

Ситуация аналогично ситечку на раковине. Вода проходит, но медленнее, чем проходила бы без ситечка.

Аналогичная ситуация присутствует во всех материалах, правда род и тип частичек может меняться. Тип строения тоже разный. Но условно можно принять, что всегда структура мешает им двигаться что в дереве, что в металле.

В некоторых телах вообще таких частичек не будет, там сопротивление бесконечное (некоторые виды резин, например).

Обратите внимание, что мы не рассматриваем тут понятие электрического тока и напряжения, т.к. это отдельные темы и если есть непонимание, обязательно напишите об этом в комментариях. Правда про электрический ток есть наше видео. Эти вещи нужно четко понимать.

Ну и из сказанного очевидно, что сопротивление будет зависеть от геометрических параметров проводника (т. е. площадь сечения S, длина l) и типа проводника (который тут описывается понятием удельное сопротивление и является табличной величиной). Ещё оно зависит от температуры (чем выше тем больше для большинства тел), но это мы совсем от самого закона уходим… Для задачек на закон Ома знаний уже вполне достаточно.

Формулировка закона Ома

В результате множества экспериментов Ом вывел зависимость, которая определяет связь между силой тока в проводнике, напряжением и тем самым сопротивлением, которое мы описали выше.

Звучит закон так: Cила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению

Вроде как все слова тут понятные, если знать все определения. Сопротивление мы разобрали. Сила тока — это, грубо говоря, количество частичек, которое окажется в проводнике. Понятие сила тока подробно я разбирал в этой статье, обязательно прочитайте её.

Напряжение — это «поток», который эти частицы несет. Вот вроде бы всё и увязали.

Если рассматривать цепь, то сопротивление по элементам распределяется согласно их техническим характеристикам и вычисляется согласно закону Ома. Т.е. мы не можем утверждать, что на каждом элементе есть одинаковое сопротивление.

Например, если в цепи с последовательным подключением две лампочки, т омы помним что сила тока во всей цепи при таком соединении одинаковая, а вот напряжение на элементах разное. Замеряем его на точках подключения лампочек, записываем и запихиваем в закон Ома. Вот всё и посчитали :)…

Закон Ома для участка цепи

Когда закон ома записан в такой форме, как мы привели выше, то он называется закон ома для участка цепи.

Почему для участка цепи? Для участка, потому что тут не учитывается сопротивление всей цепи. Можно измерить сопротивление на каждом участке исходя из приведенных характеристик.

Закон Ома для полной цепи

Полной цепью (в отличие от участка цепи, применительно к которому мы излагали всё выше) называется цепь с учетом источника тока.

Почему это важно?

Именно потому, что если мы представим себе электрическую цепь условно как систему труб для воды, то участок цепи это будет незамкнутый кусок трубы, а полная цепь — зацикленная система.

Из примера может показаться, что участок цепи есть незамкнутая в электрическом смысле цепь. Нет, пример приведен не для этого. И там, и там электрическая цепь замкнута.

Просто нам нужно обозначить, что без учета источника тока и его внутреннего сопротивления (r) цепь не полная, а расчёт не всегда способен учитывать все значимые характеристики.

Ну а внутреннее сопротивление, как вы наверное догадались — это то сопротивление, которым обладает источник тока. Да, току в цепи сложно проходить и через сам источник! Даже сам источник провоцирует энергетические потери. А вот считать его аналогично расчёту для участка цепи нельзя.

Получается, что в закон Ома добавится ещё и внутренне сопротивление. И всё! Ничего страшного.

Формулировка закона Ома для полной цепи немного изменится. Теперь у нас слово напряжение заменится словом ЭДС (электродвижущая сила), а слово сопротивление заменится суммой внешнего сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника тока. Ну и формула будет такая:

Добавилось понятие электродвижущая сила (ЭДС), обозначенная в формуле E прописное. Что это за зверь?

ЭДС — это, по сути дела, и есть напряжение.

Разница в том, что если мы опять сравним напряжение с напором воды в водопроводе, то напряжением будет являться разница напора между двумя произвольными точками в водопроводе, а ЭДС — это напор на насосе, который качает воду.

При использовании термина ЭДС мы вспоминаем, что у источника есть внутреннее сопротивление, как оно есть и у насоса, который препятствует движению воды через самого себя. Если же мы считали бы именно напряжение источника, то мы бы приняли, что система идеальная и источник движению тока сам не препятствует.

Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах

При изучении закона Ома могут выплывать ещё и такие понятия, как закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.

Всё это большие темы, поэтому мы рассмотрим их в отдельных статьях.

Тут отметим лишь то, что в дифференциальной форме закон Ома применяется для определения параметров для ничтожно малого участка цепи. Ведь превалирует слово дифференциал или производная.

В интегральной же форме мы рассматриваем цепь с учетом источника тока или без него. Аналогично тому, как мы писали выше. Помним, что интеграл по своей сути — есть сумма.

Если статья оказалась для вас полезной, то обязательно поддержите наш проект лайком и подпиской 😉!

Советую прочитать:

Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников

Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников

Напряжение, сила тока и сопротивление — физические величины, характеризующие
явления, происходящие в электрических цепях. Эти величины связаны между собой.
Эту связь впервые изучил немецкий физик Ом. Закон Ома звучит так: Сила тока
на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно
пропорциональна сопротивлению участка: I = U / R. Причиной сопротивления
металлического проводника является взаимодействие электронов при их движении с
ионами кристаллической решетки.
В электрических цепях чаще всего проводники (потребители
электрической энергии) соединяются последовательно (например, лампочки в елочных
гирляндах) и параллельно (например, домашние электроприборы).

При последовательном соединении (рис. 1) сила тока в обоих проводниках (лампочках)
одинакова: I = I₁ = I₂, напряжение на концах
рассматриваемого участка цепи складывается из напряжения на первой и второй
лампочках: U = U₁ + U₂. Общее сопротивление участка
равно сумме сопротивлений лампочек R = R₁ + R₂.

При параллельном соединении (рис. 2) резисторов напряжение на участке цепи и на концах резисторов одинаково: U = U₁
= U₂. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в от­дельных
резисторах: I = I₁ + I₂. Общее сопротивление
участка меньше сопротивления каждого резистора. Если сопротивления резисторов
одинаковы (R1 = R₂),

то общее сопротивление участка R= R₁ /2 = R₂/2.
Параллельно соединяются сетевые
потребители, которые рассчитаны на напряжение, равное напряжению сети.

Методическая разработка урока «Закон Ома для участка цепи»

(Сценка))
1 ученик: «Ура, свобода! Семь уроков закончилось. Пойдем домой»
2 ученик: «Вы сейчас дома что будете делать?»
3 ученик: « Я сяду за компьютер, пока родители не пришли с работы. А то они твердят одно и то же: «Ты уроки делал? На носу экзамены? Как будто мне больше нечем заняться»
1 ученик: «А я обед разогрею в микроволновке. Кушать хочется»
2 ученик: «А я телек посмотрю, а то что — то я сегодня устал»
3 ученик: « Не мудрено, семь уроков!!!Бедные, мы бедные. Все в голове перемешалось: суффикс, алгоритм, биоценоз, дифференциация, интеграция, синтез…»
1 ученик: каждый учитель думает, что его предмет самый важный, вот и требует с нас по полной. А у нас голова то одна»
2ученик: «Ты прав. Вот вчера, например, Наталья Валерьевна весь урок говорила одно и то же : «Электричество нужно. Электричество важно. Сила тока.Напряжение»
(Далее звучит сообщение о том, что из-за непогоды произошел обрыв проводов и приостановлена подача электричества)
1 ученик: «Что же мы теперь будем делать? Я кушать хочу!
2 ученик: «А я теперь на новый уровень в игре не пройду»
3 ученик: «И телевизор не посмотришь. Серию любимого сериала пропущу»
( Козликина Д.)
ДА!!! Мы дети 21 века не можем представляет свою жизнь без компьютера, телефона, телевизора, интернета. Мы привыкли, что наша жизнь неотрывно связана с электричеством. Электричество нам во всем помогает, значит, оно — наш друг! И мы все хотим дружить с электричеством, ведь без него нам и вправду трудно жить.
(входит учитель) Здравствуйте! Здесь ли хотят дружить с электричеством!!
Тысячи неразгаданных тайн таит в себе наука, и без Вас, без Вашей молодости, смелости, энтузиазма,
они не будут разгаданы. Наука ждет Вас друзьЯ!
Я приглашаю Вас в чудесный мир ЭЛЕКТРИЧЕСТВА!!!!
Что мы уже знаем и умеем?
1.Актуализация знаний.
1.А что же такое электрический ток? (Электрический ток – это направленное, упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля).
2.Какие характеристики электрического тока вы знаете? Перечислите их.
3. Чему равна сила тока? Что принимают за единицу силы тока? Как называют прибор для измерения силы тока? И как включают его в цепь?
4. Что такое электрическое напряжение? Как можно определить его через работу тока и электрический заряд? Что принимают за единицу напряжения? Как называют прибор для измерения напряжения? И как включают его в цепь?
5. Какая величина показывает, что сила тока в цепи зависит от свойств проводника? Как её называют? Какие единицы измерения она имеет?

Итак, мы сейчас рассмотрели три величины, с которыми мы имеем дело в любой электрической цепи.
1.что общего между этими 3-мя величинами? (они характеризуют одно явление- электрический ток)
2.Достаточно ли знать только в отдельности физ. величины характеризующие электрическую цепь? есть ли связь между этими величинами?
(Нет, их надо рассматривать во взаимосвязи)
Тема урока. « Зависимость силы тока, напряжения и сопротивления»
1. как вы думаете, какая из этих величин не зависит от других? ( сопротивление)
2. напряжение?
3. сила тока? ( от напряжения и сопротивления). Как????

Итак, что нам следует выяснить? Как Зависит силы тока от напряжения и сопротивления. Это и есть цель нашего урока.
Мы выдвинули гипотезу, которую, конечно, следует проверить
Каким образом можно проверить гипотезу?
Подтвердить или опровергнуть нашу гипотезу мы сможем, лишь проведя исследовательскую работу, но сначала я хочу напомнить вам следующее:
Инструктаж.При выполнении работы нужно оставаться на своем месте, быть внимательными и сосредоточенными. Сначала соберите электрическую цепь, не подключая ее к источнику, проверьте правильность сборки, покажите свою работу учителю и после его разрешения подавайте напряжение от источника. Перед любыми изменениями в цепи отключайте напряжение. Если что-то неясно, нужно поднять руку.
2.Исследовательская работа

Группа 1()

Исследование зависимости силы тока от напряжения на данном участке цепи
Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от напряжения.

Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, резистор сопротивлением, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Для выполнения работы соберите электрическую цепь:

Включите ток. При помощи реостата изменяйте напряжение на зажимах проволочного резистора (три раза). Каждый раз при этом измеряйте силу тока и результаты записывайте в табл. 1.
Таблица 1.
Опыт1 Опыт2 Опыт3
U, B (напряжение)
I, А (сила тока)

По данным опытов постройте график зависимости силы тока от напряжения.

Сделайте вывод:

Группа 2
1. Исследование зависимости силы тока от сопротивления участка цепи при постоянном напряжении на его концах.
Цель работы: установить на опыте зависимость силы тока от сопротивления.

Оборудование: амперметр лабораторный, вольтметр лабораторный, источник питания, набор из резисторов, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода.

Включите в цепь по той же схеме проволочный резистор сначала сопротивлением R1=1 Ом., затем R2=2Ом, R3=4Ом При помощи реостата устанавливайте на концах участка каждый раз одно и то же напряжение, например, 1,5 В. Измеряйте при этом силу тока, результаты записывайте в таблицу 2.
Таблица 2. Постоянное напряжение на участке 1,5 В
Опыт1 Опыт2 Опыт3
R, Ом (сопротивление)
I, А (сила тока)
По данным опытов постройте график зависимости силы тока от сопротивления.
Вывод
Группа 3

Анализ исследовательской работы
1 группа: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника I~U
2 группа Сила тока в проводнике обратно пропорциональна напряжению на концах проводника I~1/R
Группа3 ( компьютерный эксперимент) Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника
Сила тока в проводнике обратно пропорциональна напряжению на концах проводника
С помощью учеников учитель делает выводы и вводит математическую запись закона

(Серикова М)
Эта не просто формула!!! Представьте себе: за окнами 1826 год. Многие ученые бились над загадкой природы электричества, многие сведения уже были открыты, многое уже было известно, но далеко не всё. И только Георгу Ому в 1827 г. впервые удалось экспериментально установить зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением. Эта зависимость получила название «закон Ома для участка цепи
( я всех поздравляю, мы экспериментально открыли закон Ома)
Геогр Ом родился 16 марта 1787 года в семье слесаря. Отец придавал большое значение образованию детей. Хотя семья постоянно нуждалась, Георг учился сначала в гимназии, а потом в университете. Сначала он преподавал математику в одной из частных школ Швейцарии. Физикой Георг Ом стал интересоваться позже. Свою научную деятельность начал с ремонта приборов и изучения научной литературы. Создание первого гальванического элемента открыло перед физиками новую область исследований, и Ом сделал важнейший шаг на пути создания теории электрических цепей. Когда немецкий электротехник Георг Симон Ом положил на стол ректора Берлинского университета свою диссертацию, где впервые был сформулирован этот закон, без которого невозможен ни один электротехнический расчет, он получил весьма резкую резолюцию. В ней говорилось, что электричество не поддается никакому математическому описанию, так как электричество — это собственный гнев, собственное бушевание тела, его гневное Я, которое проявляется в каждом теле, когда его раздражают.
. В 1833 г. Георг Ом был уже известен в Германии, и являлся профессором политехнической школы в Нюрнберге. Однако во Франции и Англии работы Ома оставались неизвестными. Через 10 лет после появления «закона Ома» один французский физик на основе экспериментов пришел к таким же выводам. Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827 г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем — для них это закон Пулье.
Закон Ома – один из основополагающих законов физики. Его должны знать все образованные люди. Недаром есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома»
Учитель Но неужели все великие открытия совершаются так просто? Почему же великим ученым понадобилось так много времени для нахождения связи между силой тока, напряжением и сопротивлением на участке цепи?
Ученики: Тогда не было таких простых и надежных приборов, как сейчас.
Учитель: Посмотрите на прибор, которым пользовался георг Ом. он очень сложен, не так ли? А сейчас нам в наших открытиях могут помогать компьютеры. С их помощью можно производить вычисления, чертить графики.
3.Закрепление
“Мало знать – надо уметь применять!” Р. Декарт
Решите следующие задачи:
1) Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении напряжение на концах этого участка увеличить в 2 раза?
Как изменится сила тока, если при постоянном напряжении сопротивление участка уменьшить в 4 раза?
2) Напряжение на зажимах электрического утюга 220В, сопротивление нагревательного элемента утюга 50Ом. Чему равна сила тока в нагревательном элементе?

3) Дан график зависимости силы тока от напряжения для двух проводников. Сопротивление какого проводника больше?

Учитель предлагает проверить прочность полученных знаний сегодня на уроке итоговым тестом «Хорошо ли ты знаешь закон Ома?» ( компьютерное тестирование)

4. Итог урока
Мы с вами прошли за 1 урок длинный путь познания электричества
Что вы узнали сегодня на уроке?
Чему научились?
Что для вас было наиболее сложным?
С каким настроением вы уйдете с урока?

5. Д/з
1. П.44 упр 19(2,4)
2. Применение закона Ома ( презентация, доклад)

6. Рефлексия

Приложение 1
ТЕСТ
I вариант
1.Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются
А) сила тока 1) q · t
Б) эл.напряжение 2) q/t
3) A·t
4) A/t
5) A/q
A Б

2. Сила тока в цепи электрического фонарика равна 0,3А. Какой заряд проходит при работе фонарика в течение 5мин.?
А) 0,001Кл Б) 0,06Кл В) 1,5Кл Г) 90Кл

3. Сила тока в электрической цепи 2А, сопротивление лампы накаливания 14 Ом. Каково напряжение на лампе?
А) 0,125В Б) 7В В) 16В Г) 28В

4. Учитывая показания приборов, определите, чему равно сопротивление лампы.

А) 10.Ом Б) 1,6.Ом В) 0,1.Ом Г) 5.Ом

5. На графике приведена зависимость силы тока на участке цепи от приложенного напряжения. Чему равно сопротивление участка А?

А) 2.Ом Б) 0,5.Ом В) 8.Ом Г) 0,25.Ом

ТЕСТ
II вариант
1.Установите соответствие между приборами и физическими величинами, которые они измеряют.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу.
А) электрометр 1) электрический заряд
Б) амперметр 2) сопротивление
В) вольтметр 3) сила тока
4) электрическое напряжение
5) мощность электрического тока

А Б В

2.Какую работу совершает электрическое поле, если при напряжении 12В, через сечение проводника проходит заряд 0,1Кл
А) 120Дж Б) 12Дж В) 1,2Дж Г) 0,12Дж

3.Какова сила тока на участке цепи, если сопротивление участка 6 Ом, а напряжение, приложенное к нему 24В.
А) 144А Б) 4А В) 0,25А Г) 0,4А

4. Учитывая показания приборов, определите, чему равно сопротивление лампы.

А) 8.Ом Б) 0,32.Ом В) 3,25.Ом Г) 0,125.Ом

5. На графике приведена зависимость силы тока на участке цепи от приложенного напряжения. Чему равно сопротивление участка В?

А) 2.Ом Б) 4.Ом В) 8.Ом Г) 0,25.Ом

Введение в закон и силу Ома — профессиональные аудиофайлы

Содержание статьи

В предыдущей статье мы рассмотрели понятия напряжения и тока.

Однако мы не говорили о том, как они работают вместе. При этом нам нужно понять еще одно ключевое понятие — сопротивление. Отсюда мы можем определить закон Ома, который связывает все три параметра вместе.

Напряжение управляет током

Без напряжения в цепи не будет протекать ток.Более формально, без разницы напряжений между двумя точками ток не течет.

Мы понимаем, например, что новая батарея с определенным напряжением между двумя ее клеммами имеет энергию, которую мы можем использовать для выполнения работы. Потребовалась энергия, чтобы на одном выводе батареи образовался избыток электронов, а на другом — дефицит. Когда мы помещаем батарею в цепь, электроны текут (то есть создается ток), неся с собой определенное количество энергии (например, 12 Дж на каждый кулон для 12-вольтовой батареи).Когда заряды на одном выводе равны зарядам другого, у электронов нет «мотивации» куда-либо двигаться, и поэтому ток прекращается.

Кстати, это действительно относится к старым типам батарей или тем, которые вы можете сделать в домашнем научном эксперименте. Чуть позже мы увидим, почему батарея может быть разряжена, но при этом измерять почти полное напряжение.

Ключевым выводом является то, что электроны не текут без причины.

Как вы, возможно, уже поняли, напряжение может существовать без тока.Батарея 12 В остается батареей 12 В, даже если она ни к чему не подключена. На самом деле, другим термином для напряжения является разность электрических потенциалов. Это не так содержательно, но слово «потенциал» говорит вам, что энергия есть, используете вы ее или нет.

Сопротивление замедляет ток

Если у вас есть определенное напряжение, скажем, от батареи, как вы узнаете, сколько тока будет течь? Если бы мы соединили две клеммы батареи вместе куском провода, мы бы вскоре поняли, что провод нагревается… быстро.Плата с одного терминала могла беспрепятственно перемещаться на другой терминал. Ток подскочит, и мы быстро либо разрядим нашу батарею, либо нанесем ущерб. Нам нужен способ контролировать, сколько тока мы хотим ввести в нашу цепь.

Резистор — это наш способ управления током. Это замедляет скорость потока заряда, проходящего через него.

Единицей сопротивления является ом, который мы подробно определим чуть позже. Электроны не могут течь с одной скоростью до резистора, с другой скоростью через резистор и с другой скоростью после резистора.Это означает, что если вы поместите резистор в цепь, ток во всей цепи будет одинаковым (это предполагает простую цепь без каких-либо параллельных ответвлений).

Резисторы могут быть изготовлены из нескольких материалов, самым старым из которых является углерод. Атомная организация атомов, таких как углерод, такова, что их электроны не могут свободно перемещаться. Когда заряды от тока поступают на резистор, они отскакивают от атомов и теряют энергию. Это подпрыгивание эффективно замедляет скорость прохождения электронов через резистор, и поэтому мы видим пониженный ток.Подпрыгивание также передает кинетическую энергию в атомном масштабе резистору, которую мы воспринимаем как тепло.

Проводники, такие как медь, имеют совершенно иную атомную организацию, чем такие материалы, как углерод. Электроны в проводниках относительно свободно перемещаются, поэтому, когда новые электроны устремляются от тока в цепи, их легко вытеснить из проводника.

Материалы, которые не проводят электричество для какого-либо практического использования, называются изоляторами.Мы используем изоляторы, такие как резина и пластик, для размещения проводников, чтобы защитить нас от повреждений, а также убедиться, что другие элементы не касаются проводников и не изменяют характер цепи.

Сопротивление снижает напряжение

Когда электроны отскакивают от резистора, выделяется тепло. Эта энергия исходит от напряжения, или джоулей/кулонов, переносимых нашим током. Таким образом, в то время как резисторы уменьшают ток, они также снижают напряжение, наблюдаемое остальной частью схемы в любой точке после резистора.Термин падение напряжения часто используется для описания этого эффекта.

Если у вас есть источник питания определенного напряжения, но элементам в вашей цепи требуется меньшее напряжение, вы можете поставить резисторы перед ними, чтобы снизить напряжение до рабочего уровня. Большинство электронных устройств спроектированы так, чтобы рассеивать как можно меньше энергии.

Электрические обогреватели, фены и аналогичные устройства, с другой стороны, предназначены исключительно для рассеивания электрической энергии в виде тепла. Требуется много энергии, по сравнению, например, с мобильным телефоном, чтобы нагреть элемент до точки сушки волос вентилятором. Вот почему вы могли заметить, что при включении кондиционера, электрического обогревателя или фена свет на мгновение тускнеет. Они поглощают достаточно энергии, чтобы перекачивать ее из других частей вашего дома.

Собираем все вместе – Закон Ома

Теперь у нас есть три понятия: напряжение, ток и сопротивление, и мы увидели, что все они работают вместе определенным образом. Простая математическая взаимосвязь между этими тремя понятиями известна как закон Ома, сформулированный ниже тремя различными, но эквивалентными способами (I = ток, V = напряжение, R = сопротивление):

Мы можем описать словами последствия каждой формы уравнения.Первый говорит нам, что увеличение сопротивления в цепи для определенного напряжения снизит ток. Точно так же увеличение напряжения для определенного сопротивления приведет к увеличению тока.

Вторая форма уравнения очень полезна, когда в цепи есть несколько резисторов. Помните, что в простой цепи ток должен быть везде одинаковым. Таким образом, если у нас есть три разных резистора в цепи, каждый из них будет рассеивать разное количество энергии, даже если ток через них одинаков.Другими словами, падение напряжения на каждом резисторе будет разным. Когда мы знаем значение каждого резистора и измерили или рассчитали ток, вторая форма уравнения может сказать нам падение напряжения на каждом.

Последняя форма уравнения используется не так часто. Резисторы сделаны с маркировкой на них, чтобы сказать вам, каково их сопротивление. Мультиметр также покажет вам точное сопротивление резистора. Резисторы поставляются с определенным допуском, обычно около 5% или 10%.Третью форму уравнения можно рассматривать как тип определения резистора. Резистор — это элемент схемы, который позволяет протекать одному амперу при подаче одного вольта.

К сожалению, Закон Ома слишком часто дается в качестве определения того, что такое электричество, что приводит к путанице, круговым определениям, совместному проживанию кошек и собак и массовой истерии. С материалом, который мы рассмотрели до сих пор, вы должны иметь гораздо лучшее концептуальное понимание того, что на самом деле говорят вам три формы закона Ома.

Мощность

Термин и понятие мощности слишком часто используются взаимозаменяемо с понятием энергии. До сих пор мы понимали и использовали слово энергия в нашем обсуждении. Энергия работает. Без энергии ничего не происходит. Мощность — это скорость использования энергии. Единицей мощности является ватт, который определяется при потреблении или использовании 1 Джоуля каждую секунду. Определив это количество, мы можем увидеть, как оно связано с электричеством:

Приятно, когда так получается.Мы можем понять, почему многие компоненты, такие как динамики, оцениваются с точки зрения их мощности. Динамик мощностью 200 Вт будет способен обрабатывать 200 Дж в секунду, а динамик мощностью 100 Вт будет обрабатывать 100 Дж в секунду. Мы также можем видеть, что 100-ваттный динамик будет обрабатывать 200 Дж за 2 секунды. Мы знаем, что динамик мощностью 200 Вт будет громче (или, по крайней мере, будет громче без искажений), потому что скорость энергии, которую динамик может рассеять в виде звуковой энергии в секунду, выше.

РЕКЛАМА

Применение и последствия

Зная закон и мощность Ома, давайте посмотрим, как эти понятия соотносятся с типичными звуковыми ситуациями.Гитарные и акустические кабели (1/4” TS)      могут быть разной толщины и калибра. В системе American Wire Gauge (AWG) кабелям разной толщины присваивается номер. Схема нумерации кажется нелогичной, поскольку кабели с более высокими значениями AWG на самом деле являются более тонкими кабелями. Число связано не с толщиной кабеля, а с количеством калибровочных плашек, через которые необходимо протянуть провод, чтобы достичь желаемой толщины. Кабели меньшего размера необходимо протягивать через большее количество калибровочных матриц, поэтому они имеют более высокое значение AWG.

Несмотря на то, что медь, металл, обычно используемый в кабелях, является проводником, она имеет определенное сопротивление. Когда медный провод меньше в диаметре, он имеет большее сопротивление на единицу длины. Электроны текут более свободно, когда есть больше места. Вы бы предпочли ехать в пробке по пяти полосам или по одной? Увеличение длины кабеля также увеличивает его сопротивление. Существует больше материала для прохождения электронов, и даже при низком сопротивлении эти электроны будут терять энергию по мере своего движения, поэтому помогая им преодолевать кратчайшее расстояние, вы обеспечите передачу как можно большего количества энергии на ваше устройство (например,г. гитарный усилитель) как сможете.

Сопротивление входа гитарного усилителя настолько велико, что сопротивлением кабеля часто можно пренебречь. Если входное сопротивление вашего усилителя составляет 10 000 Ом (10 кОм), добавление еще нескольких Ом от кабеля мало что даст. Иначе обстоит дело при подключении усилителя мощности к динамику, где сопротивление динамика обычно составляет от 8 до 16 Ом. Добавление даже одного ома сопротивления кабеля к 8-омному динамику может снизить выходной сигнал на 9 дБ. Из-за того, что иногда для подключения усилителей мощности к мониторам требуются большие расстояния, это может стать проблемой, если вы используете неправильный тип кабеля.

В приведенном выше случае сопротивления нужно было избегать, так как оно тратило впустую энергию, которую нам нужно было доставить. Однако сопротивление — это не всегда плохо. Без него нечем было бы ограничивать ток. Типичный усилитель мощности может обеспечить пиковую мощность 1000 Вт на канал, когда подключенный к нему динамик имеет сопротивление 4 Ом. Давайте рассмотрим наше определение мощности и закон Ома, чтобы увидеть, что это на самом деле означает.

Предполагая, что это максимальное напряжение, которое может выдать усилитель мощности, давайте посмотрим, что произойдет, если мы уменьшим сопротивление до 2 Ом.

Снижая сопротивление динамика, вы требуете от усилителя мощности отдавать гораздо больше энергии в секунду, чем он способен выдать. В большинстве усилителей мощности есть предохранитель для предотвращения аварии, но я видел, как один или два усилителя мощности дымили и искрили.

Использование приведенных выше уравнений предполагает простую, полностью пассивную систему. На самом деле сложность систем изменила бы фактические значения по сравнению с тем, что мы рассчитали выше. Закон Ома работает для пассивных элементов цепи, таких как резистор.Пассивный означает, что значение сопротивления резистора не изменяется при различных уровнях напряжения или тока, а также не добавляет энергии в систему. Хотя усилитель мощности, безусловно, имеет множество резисторов, работу усилителя нельзя полностью проанализировать с помощью приведенных выше уравнений. Мы делаем несколько предположений и упрощений, чтобы получить общее представление. Например, тот же усилитель мощности мощностью 1000 Вт при 4 Ом имеет мощность 600 Вт при 8 Ом (вместо 500 Вт при 8 Ом).Однако общие концепции по-прежнему остаются верными и должны помочь вам лучше понять параметры, перечисленные в снаряжении.

Вы можете сказать, что никогда не видели динамик с сопротивлением 2 Ом и что вы в безопасности, потому что все ваши мониторы рассчитаны на 8 Ом. Представьте себе этот знакомый сценарий. Вы играете в маленьком клубе со своей группой и собственной системой. У вас есть усилитель мощности для основных динамиков и отдельный для ваших мониторов. Барабанщик хочет спеть на этом концерте, так что вы приносите ему дополнительный монитор (даже несмотря на то, что вы сказали своему звукорежиссёру, чтобы он не мешал ему в миксе).Все четыре ваших 8-омных монитора имеют входные и выходные разъемы 1/4 дюйма, так что вы можете последовательно подключить их все вместе. Акустика отстой, а усилитель мощности для ваших вокальных мониторов не имеет шансов против вашего соло-гитариста, у которого есть , чтобы включить 11, чтобы получить такой тон. В бридж вашей первой песни вступает барабанщик со своей вокальной партией, и тут же весь ваш вокал пропадает. Что случилось?

Ну, поскольку у вашего усилителя недостаточная мощность, вашему звукооператору пришлось выкрутить его на максимум.Он увеличил коэффициент усиления, так что усилитель мощности выдавал полные 63,25 вольта. Затем вы, предполагая, что сопротивления всех ваших мониторов будут складываться, фактически соединили их параллельно. Вместо того, чтобы увеличить общее эффективное сопротивление мониторов до 32 Ом, вы фактически уменьшили сопротивление до 2. Сочетание максимального напряжения и низкого сопротивления дало:

Термин «параллельный» я использовал при описании способа подключения, в результате которого было снижено общее сопротивление мониторов.

В следующей статье мы более подробно рассмотрим последовательные и параллельные конфигурации, а также согласование импедансов.

Барак Шпез

Барак Шпиц получил несколько степеней в области композиции, звукорежиссуры и электротехники. Его музыку можно найти в программах MTV, The History Channel и других. Барак также работал на нескольких концертных площадках с живым звуком и инженером в Line 6 и DTS.

20.

2 Закон Ома: сопротивление и простые цепи — Физика колледжа

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока. Все такие устройства создают разность потенциалов и в широком смысле называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, к нему прикладывается разность потенциалов ВВ величиной 12{В}{}, создающая электрическое поле.Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на заряды, вызывая ток.

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению VV размером 12{V}{}. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) был первым, кто экспериментально продемонстрировал, что ток в металлическом проводе прямо пропорционален приложенному напряжению :

I∝V.I∝V. size 12{I prop V. } {}

20,12

Это важное соотношение известно как закон Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением RR размером 12{R} {}. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или

I∝1R.I∝1R. size 12{I prop { {1} over {R} } «.»} {}

20,13

Таким образом, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает

Я=ВР. Я=ВР. size 12{I = {{V} over {R} } «.»} {}

20,14

Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов.Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Омические материалы имеют сопротивление RR размер 12{R}{}, которое не зависит от напряжения ВВ размера 12{V}{} и тока II размера 12{I}{}. Предмет, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является ом, и он обозначается символом ΩΩ размера 12{ %OMEGA} {} (греческая омега в верхнем регистре).Перестановка I=V/RI=V/R размера 12{I = итал. «V/R»} {} дает R=V/IR=V/I размера 12{R= итал. «V/I»} {}, и поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер:

1 Ом = 1 ВА. 1 Ом = 1 ВА. size 12{«1 » %OMEGA =» 1 » { {V} over {A} } «.»} {}

20,15

На рис. 20.8 показана схема простой схемы. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно принять с пренебрежимо малым сопротивлением, либо их сопротивление включить в РР размер 12{R} {}.

Рис. 20.8 Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Пример 20.4

Расчет сопротивления: автомобильная фара

Чему равно сопротивление автомобильной фары, через которую 2.50 А протекает при подаче на него 12,0 В?

Стратегия

Мы можем преобразовать закон Ома в соответствии с формулой I=V/RI=V/R размер 12{I = итал. «V/R»} {} и использовать его для определения сопротивления.

Решение

Изменение размера I=V/RI=V/R 12{I = ital «V/R»} {} и подстановка известных значений дает

R=VI=12,0 В2,50 A= 4,80 Ом. R=VI=12,0 В2,50 A= 4,80 Ом. размер 12{R = {{V} над {I} } = {{«12» «.» «0 В»} свыше {2 «.» «50 А»} } =» 4″ «.» «80 » %OMEGA «.»} {}

20.16

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление, но оно больше, чем морозостойкость фары. Как мы увидим в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление», сопротивление обычно увеличивается с температурой, поэтому лампочка имеет более низкое сопротивление при первом включении и будет потреблять значительно больший ток в течение короткого периода прогрева.

Диапазон сопротивлений превышает много порядков.Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012Ω1012Ω размер 12{«10» rSup { размер 8{«12»} } `%OMEGA} {} или более. У сухого человека сопротивление между ладонями и ногами может составлять 105 Ом 105 Ом размер 12 {«10» rSup { размер 8 {5} } ` %OMEGA } {}, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом 103 Ом размер 12 {«10″. » rSup {размер 8{3}} `%OMEGA} {}. Кусок медной проволоки большого диаметра метровой длины может иметь сопротивление 10-5 Ом 10-5 Ом размер 12{«10» rSup { размер 8{ — 5} } ` %OMEGA } {}, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления. (они неомические).Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительная информация получена путем решения I=V/RI=V/R размера 12{I = ital «V/R»} {} для V,V, размера 12{V} {}, что дает

V=IR.V =ИК. размер 12{V = итал. «IR.»} {}

20,17

Это выражение для размера VV 12{V} {} можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, создаваемое протеканием тока II размера 12{ я} {}. Фраза IRIR size 12 {итал. «IR»} {} drop часто используется для обозначения этого напряжения.Например, фара в примере 20.4 имеет размер IRIR 12{ ital «IR»} {} падение 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается в источнике напряжения и уменьшается в резистор. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия.Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой схеме (одна с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE=qΔVPE=qΔV размер 12{«PE»=qΔV} {}, и тот же размер qq 12{q} {} проходит через каждый. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис. 20.9.)

Рисунок 20.9 Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Установление связей: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

PhET Explorations

Закон Ома

Посмотрите, как формула закона Ома соотносится с простой цепью. Отрегулируйте напряжение и сопротивление и посмотрите, как изменится ток в соответствии с законом Ома. Размеры символов в уравнении изменяются в соответствии с принципиальной схемой.

Добро пожаловать. | Департамент образования

Предупреждающее сообщение

В вашем поиске использовано слишком много выражений И/ИЛИ.В этот поиск были включены только первые 7 терминов.

К сожалению, страница, которую вы ищете, больше не существует, была перемещена или в настоящее время недоступна. Мы выполнили поиск по ключевым словам на основе страницы, которую вы пытаетесь открыть. Соответствующие параметры поиска были предоставлены ниже.

1. История штата Мэн и онлайн-ресурсы
   

   Мэн История и онлайн-ресурсы

   … Использование наборов первичных источников (совместно представлено Мэн DOE , Историческим обществом Мэн , Государственным архивом Мэн , …

   Мэн Государственные служащие

   Talking Civics & Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом
   Говоря гражданское право и …

2. Государственные чиновники, обществоведение и гражданский дискурс
   

   …

   Государственные чиновники

   Talking Civics & Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом
   Говоря гражданское право и … NewsHour)
   Презентация PBS NewsHour
   Mid- Технический центр штата Мэн / Веб-страница Дэйва Бордмана

   … Политического класса и проф. образования в NC State University)
   Презентация

   …

3. Гражданско-активные студенты и студенческий голос
   

   … Политического класса и профессора педагогики в Университете штата Северная Каролина)
   Презентация

   … Час новостей)
   Презентация PBS NewsHour
   Mid- Технический центр штата Мэн / Веб-страница Дэйва Бордмана

   … с государственными служащими Мэн

   Talking Civics & Gov ‘t с сенатором Ангусом Кингом
   Говоря гражданское право и …

4. Летняя программа общественного питания (SFSP)
   

   … по этой ссылке и следуйте инструкциям  http://www.fns.usda. gov /summerfoodrocks

   Служба летнего питания … для всех детей в возрасте 18 лет и младше в утвержденных SFSP местах в районах со значительной концентрацией малообеспеченных … Перейти на веб-страницы)
   Обучение правильному питанию — Университет штата Мэн, Совместное расширение: Ресурсы EFNEP
   …

5. Учитель на пенсии
   

   … перечисление взносов работодателя

   См. Мэн Штат Пенсионная система Законы:

   Заголовок 5 – … – https://www. мэн . gov / doe / сайты / maine . правительство . doe / файлы / встроенные — файлы /FY20_RFL_prelimED279_Presented27Feb2019.pdf …

6. Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
   

   … Часы работы во вторник, 24 августа

   Свяжитесь с Cheryl.Lang @ maine . gov или вашему региональному координатору программы для получения ссылки. … здесь: https://www. мэн . gov / doe / сайты / maine . правительство . doe / файлы / встроенные — файлы /Grants4ME%20Access%20v4. pdf .

   За …

7. Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
   

   … 9 ноября в 9:00

   Свяжитесь с Cheryl.Lang @ maine . gov или вашему региональному координатору программы для ссылки.) … здесь: https://www. мэн . gov / doe / сайты / maine . правительство . doe / файлы / встроенные — файлы /Grants4ME%20Access%20v4.pdf .

   За …

8. Ежемесячный информационный бюллетень ESEA
   

   … (Свяжитесь с вашим региональным координатором программы или Cheryl.Lang@ maine . gov для получения ссылки.)

   Общие и специальные обновления… здесь: https://www. мэн . gov / doe / сайты / maine . правительство . doe / файлы / встроенные — файлы /Grants4ME%20Access%20v4.pdf .

   За …

9. Годовая финансовая отчетность на конец года
   

   … Требования

   Загрузите следующие файлов в NEO Financial до августа 30

   Фактические … представления в статусе миграции считаются полученными по адресу Maine DOE .

10. Годовая финансовая отчетность на конец года
    

    … Требования

    Загрузите следующие файлов в NEO Financial до 23 августа 2019 г.

    … представления в статусе миграции считаются полученными по адресу Maine DOE .

Закон Ома, диагностика проблем современных автомобилей

Понимание вашего
Проблемы с автомобилем могут быть довольно сложными. Однако изучение основ диагностики в
Условия закона Ома могут сделать поиск и устранение неисправностей вашего автомобиля интересным.Просто
положите, закон Ома может помочь вам объяснить причину электрической неисправности вашего автомобиля
может иметь.

В этом посте вы
узнать, что такое закон Ома; и как этот принцип можно использовать в вашем автомобиле
диагностическое тестирование.

Итак, что такое Ом?
закон?

Рис. 1-1 Требуется 1 вольт, чтобы протолкнуть 1 ампер через сопротивление 1 ом.

Закон Ома описывает взаимосвязь между тремя характеристиками
электрическая цепь: поток электронов, сопротивление потоку в проводе или
другой проводник и напряжение.В законе указано, что
сила тока в проводнике между двумя точками прямо пропорциональна
напряжение в двух точках.

Это
закон объясняет, почему одни схемы работают нормально, а другие имеют проблемы. За
Например, лампа, обеспечивающая освещение ниже номинала, может иметь
Проблема, вызванная чрезмерным сопротивлением в электрической цепи.
Следовательно, использование закона Ома может помочь нам предсказать и объяснить, что происходит в
такая электрическая система. Основываясь на том, что мы знаем об этом законе, когда
электрическая цепь не работает должным образом, проблема обычно
чрезмерное сопротивление.

В идеале
когда система работает нормально, требуется 1 вольт, чтобы протолкнуть 1 ампер через
1 Ом (рис. 1-1) сопротивления. Так
с законом Ома, если вы знаете два из трех параметров в уравнении, вы
можно вычислить значение недостающего. Например, если вы знаете вольты
и усилители, вы можете вывести значение сопротивления, протекающего через
схема.

Сейчас
что вы знаете, что такое закон Ома, почему этот закон важен при диагностике автомобилей?

В автомобильной системе с 12-вольтовым
батареи, ожидается, что если батарея положительная и вы пропустите ее через
электрической цепи, к моменту прохождения нагрузки (двигатель, лампочка,
и Т. Д.) и достигает отрицательного полюса батареи, чтобы замкнуть цепь, это будет
до нуля вольт.

Испытание на падение напряжения — отличный способ определить состояние клеммы аккумулятора и клеммы. .3v или меньше идеально.

Это
Концепция применима при проведении испытаний на падение напряжения. Это тестирование
метод является одним из лучших способов найти электрическую неисправность в транспортном средстве. Этот
основан на предположении, что напряжение падает по мере прохождения через
цепь, так что вы можете сказать, где она используется, просто измерив напряжение
в разных точках цепи.

Рис. 1-2 Важно понимать показания контрольных точек. 0 В после ожидаемой нагрузки, потому что используется все доступное напряжение.

Чтобы лучше понять эту концепцию, давайте
посмотрите, как машина движется по определенной дороге, где дорога — это
электрической цепи и газа, потребляемого автомобилем, является напряжение. Если транспортное средство
что оставляет положительный штырь батареи с достаточным количеством газа, чтобы работать с нагрузкой и
доходит до минусовой клеммы аккумулятора. К тому времени, когда машина достигает отрицательного
аккумуляторный столб, в нем закончился бы бензин.Как уже говорилось, если газ
напряжение, и автомобиль заводится на самом высоком уровне на положительном аккумуляторе
терминал, это означает, что он окажется на нуле, когда достигнет отрицательного
клемма аккумулятора.

Сейчас,
давайте рассмотрим интересный сценарий, если где-то на трассе машина
делает объезд и идет по другой дороге и решает не идти по дороге
(цепь) полностью обратно к отрицательному аккумулятору. Ну, в этом случае мы называем это
короткое замыкание. И когда это происходит, можно получить взорванный
Плавкий или воспламеняющийся плавкий предохранитель или часть электрической системы.Это как
результат неограниченного тока тока, возникающего во время короткого замыкания.

Вот
другой сценарий, что делать, если машина встречает препятствие на дороге
(контур) и мы расходуем больше газа, преодолевая препятствие на нашем пути
обратно к минусу батареи. Теоретически автомобиль все еще может вернуться к отрицательному заряду аккумулятора, но
так как мы потратили так много топлива (напряжения) на преодоление сопротивления и
нагрузки, почти не осталось топлива для выполнения какой-либо работы.

Часто это происходит, когда у нас есть
повышенное сопротивление в автомобильной электрической цепи.Например, если это
стеклоподъемник, отвечающий за повышенное сопротивление, стеклоподъемник
все равно будет работать; единственная проблема, это будет работать очень медленно. Эффект этого повышенного сопротивления
что, когда нам нужно было пройти, чтобы вернуться к отрицательному заряду батареи, мы потратили
значительное количество топлива (напряжения), преодолевающее сопротивление в цепи. В виде
в результате меньшее количество топлива (напряжения) означает, что его недостаточно для работы мотора стеклоподъемника.
на полную мощность.

Земля должна иметь не более .Падение напряжения 2В.

Однако после испытания на падение напряжения
путь автомобильной электрической цепи, вы можете обнаружить часть
цепь, в которой используется топливо (напряжение). Обычно это рассматривается как
наибольшее падение нагрузки цепи, которое в случае более раннего
Например, стеклоподъемник.

Как правило,
Таким образом, падение напряжения выполняется в цепи под напряжением; можно посмотреть напряжение
до и после двигателя (рис. 1-2) .
Если цепь не активна, вы не получите никаких показаний.

Падение напряжения на положительной стороне аккумулятора в цепи стартера должно быть 0,2 В или меньше, что является отличным тестом для диагностики медленных запусков. Сторона заземления также должна быть 0,2 В или меньше.

При проверке напряжения после запуска
двигатель, напряжение должно быть равно нулю. Это можно увидеть в каждой электрической цепи
по закону Ома. Зная схему, вы можете определить, где
напряжение расходуется, и это можно сделать, измерив напряжение на
различные точки в
схема, чтобы понять, как работает схема.

Так
Вот и все, испытание на падение напряжения — отличный способ диагностики автомобиля.
электрических цепей, но не следует забывать и об основах испытаний, которые Ом
закон есть.

Испытание на падение напряжения в цепи генератора должно показывать 0,3 В или меньше, выше этого показания указывает на нежелательное сопротивление в цепи зарядки.

Первый закон Ома — MR WATT Shop

Можно сказать, что в электрической цепи, если разность потенциалов, приложенная между двумя ее точками, равна 1 вольту, а парциальное сопротивление участка между этими двумя точками на этом участке равно 1 Ом циркулирует ток 1 ампер.

 Закон Ома очень просто устанавливает взаимосвязь между тремя следующими электрическими величинами: напряжением (В), током (I) и сопротивлением (R) важные из тех, что касаются электричества.

 Утверждение звучит именно так:

  «Сила тока в цепи прямо пропорциональна приложенному к ней напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению самой цепи.»

 Его математическое выражение:

I = V / R

 что позволяет рассчитать ток, зная напряжение и сопротивление. Получено из этой формулы: R = V / I

, которые позволяют определить напряжение или сопротивление, когда две другие величины известны.Если схема применяется к одному значению fem (электродвижущей силы) E, мы видим, что формула закона Ома принимает вид следующие:

I = E / (R + r)

 где «r» — внутреннее сопротивление генератора.Если мы рассмотрим цепь с одним резистором и предположим, что разность потенциалов между выводами A и B имеет значение V, ток, протекающий через сопротивление R, будет:

с другой стороны, схема с двумя резисторами, питаемыми генератором с ЭДС E и внутренним сопротивлением r, если R1 и R2 являются внешними резисторами или нагрузкой, соединенными последовательно, мы будем иметь:

I = E / (R1 + R2 + r)

, что дает

E = I (R1 + R2 + r) = I R1 + I R2 + I r.

 Изделия I R1, I R2 и I r (резисторы тока) соответственно выражают разность потенциалов, существующую между точками (AC) и (CB), а также внутреннее падение напряжения генератора.

Мы видим, что ф.э.м. А приложенный к цепи равен сумме разностей парциальных потенциалов, которые еще называют «падениями напряжения».

Падение напряжения на IR1 и IR2, возникающее во внешней цепи, может дать полезный эффект. Падение напряжения Ir происходит внутри генератора и не имеет значения.

Теперь предположим, что переключатель разомкнут: ток в цепи отсутствует, и, поскольку I = 0, внутреннее падение напряжения будет равно нулю, а ddp между двумя клеммами A и B генератора будет равна ЭДС самого генератора : VAB = E.

Если вместо этого цепь замкнута и циркулирует ток I, между A и B будет разность потенциалов (ddp)

VAB = E — I * r

Другой случай, при котором возникает условие VAB = E, когда внутреннее сопротивление генератора равно нулю (r = 0).

Несмотря на то, что большинство из нас знает и правильно использует «Закон Ома», мы не должны забывать, что есть люди, начинающие, которые, несмотря на то, что знают о существовании этого закона, не знают использовать его на практике, чтобы получить как можно больше преимуществ .

Мы обращаемся к симулятору для любых примеров и приложений.

Раздел 3 — Закон Ома

Параллельная схема и закон Ома: много путей для электричества — Урок

(0 оценок)

Быстрый просмотр

Уровень: 4
(3-5)

Необходимое время: 45 минут

Урок Зависимость:

предметных областей:
Алгебра, Физические науки

Поделиться:

Резюме

Студенты изучают состав и практическое применение параллельных схем по сравнению с последовательными схемами. Учащиеся проектируют и строят параллельные цепи, исследуют их характеристики и применяют закон Ома.
Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры разработали очень сложную схему, называемую интегральной схемой, которая объединяет от тысяч до миллионов параллельных и последовательных схем, работающих вместе. Одним из типов интегральных схем, которые работают как полноценный вычислительный механизм, является микропроцессор, известный как центральный процессор или ЦП.Микропроцессоры необходимы в автомобилях, видеоиграх, детекторах дыма, DVD-плеерах, открывателях гаражных ворот, беспроводных телефонах, часах и калькуляторах. Инженеры постоянно разрабатывают новые технологии, чтобы использовать электричество для поиска решений повседневных задач — усилий, которые способствуют созданию более здоровой, счастливой и безопасной окружающей среды.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

• Различают последовательные и параллельные части цепи.
• Опишите, как изменяется ток в параллельной цепи, когда лампочка удаляется из цепи или добавляется в нее.
• Описать связи между представлениями схемных символов
• Признать, что инженеры-электрики, материаловеды/инженеры, инженеры-механики и физики вносят свой вклад в развитие электронных технологий.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12,
технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) ,
проект D2L (www. achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика;
внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука

Ожидаемая производительность NGSS
4-ПС3-2. Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока.(4 класс) Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Концепции поперечной резки
Проводите наблюдения для получения данных, которые служат основой для объяснения явления или проверки проектного решения. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!	Энергия может перемещаться с места на место посредством перемещения объектов или посредством звука, света или электрического тока. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Энергия присутствует всегда, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение.При таких столкновениях часть энергии обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и возникает звук. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Свет также переносит энергию с места на место. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв! Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрических токов, которые затем можно локально использовать для создания движения, звука, тепла или света. Токи могли быть созданы для начала путем преобразования энергии движения в электрическую энергию. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!	Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика

• Умножьте целое число до четырех цифр на однозначное целое число и умножьте два двузначных числа, используя стратегии, основанные на разрядности и свойствах операций.Проиллюстрируйте и объясните расчет, используя уравнения, прямоугольные массивы и/или модели площадей.
  (Оценка
  4)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Решайте реальные и математические задачи, записывая и решая уравнения вида x + p = q и px = q для случаев, когда p, q и x являются неотрицательными рациональными числами. (Оценка
  6)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технологии

• Инструменты, машины, продукты и системы используют энергию для выполнения работы. (Оценки
  3 —
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

• Объясните, как могут существовать различные отношения между технологией и инженерией и другими областями контента.(Оценки
  3 —
  5)

  Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Согласны ли вы с таким раскладом?

  
  

  Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ

Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше учебных программ, подобных этому

Предварительные знания

Цепи серии

Введение/Мотивация

Попросите учащихся поднять руки, если они когда-либо пользовались видеоигрой, пультом дистанционного управления (для телевизора или другого электронного устройства) или клавиатурой. Спросите, у кого-нибудь из них когда-нибудь переставала работать только одна кнопка или клавиша, в то время как остальная часть игрового контроллера, пульта дистанционного управления или клавиатуры продолжала работать. Что происходит в электронике, что вызывает это? Как может быть сломана только одна кнопка, но остальная часть контроллера все еще работает?

Спросите учащихся, заходили ли они когда-нибудь в комнату с несколькими источниками света и включали только один. Напомните учащимся о последовательно соединенных цепях, которые они построили ранее. Когда одну лампочку вынимали из цепи, цепь размыкалась, и электроны не могли течь, чтобы зажечь другие лампочки.Теперь спросите их, как это возможно, что вы можете включить один свет в комнате, и он будет работать, но при этом вам не нужно включать все остальные?

Объясните учащимся, что в этих двух примерах используются параллельные цепи. Инженеры соединяют штуки параллельно , так что если одна часть цепи разорвется, остальная часть цепи все равно будет работать.

Попросите трех добровольцев. Назначьте одного добровольца «батареей», а двух — «лампочками» (это может помочь нарисовать соответствующие символы на листах бумаги и приклеить их к рубашкам).) Предложите учащимся физически изобразить последовательную цепь, взявшись за руки в круг. Затем попросите учеников изобразить параллельную цепь, поставив лампочки и батарею в одном направлении, а их руки касаются локтей человека перед ними.

Очень сложная схема, которая объединяет от тысяч до миллионов параллельных и последовательных цепей, работающих вместе, называется интегральной схемой (см. рис. 1). Микропроцессор, известный как центральный процессор или ЦП, представляет собой тип интегральной схемы, которая работает как полноценный вычислительный механизм.В наши дни в среднем доме в США около 40 таких микропроцессоров в дополнение к 10 или около того в одном только типичном персональном компьютере. Микропроцессоры используются в автомобилях, видеоиграх, детекторах дыма, DVD-плеерах, открывателях гаражных ворот, беспроводных телефонах, часах и калькуляторах. Их даже имплантируют животным в качестве электронных идентификационных меток.

Рисунок 1. Принципиальная схема простой параллельной схемы (слева) и интегральной схемы (справа). Copyright

Copyright © http://whyfiles.larc.nasa.gov/text/kids/Problem_Board/problems/electricity/images/circuits05.gif (слева) и http://www.lbl.gov/Education/HGP-images/integrated-circuit-small.gif (справа). )

Предыстория урока и концепции для учителей

Параллельные цепи

Параллельная цепь и соответствующая ей принципиальная схема показаны на рис. 2. Поскольку существует более одного пути прохождения заряда по цепи, ток делится между двумя лампочками.Следовательно, ток до лампочек (в узле; пересечение двух проводов) и после лампочек (в узле; пересечение двух проводов) одинаков, но на лампочках делится. Другими словами, общий ток в цепи равен сумме токов на параллельных участках. Обратите внимание, что если лампочки имеют одинаковое сопротивление, ток делится между ними поровну. С другой стороны, если лампочки имеют разное сопротивление, лампочка с большим сопротивлением имеет меньший ток. Общее сопротивление цепи уменьшается, если число параллельных путей увеличивается.Падение напряжения на каждой части параллельной цепи одинаково, потому что каждая часть подключена к одним и тем же двум точкам. Учащиеся могут попрактиковаться в построении собственных параллельных цепей с помощью связанного задания «Лампочки и батареи рядом».

Рисунок 2. Последовательная цепь (слева) и соответствующая принципиальная схема (справа). Copyright © Joe Friedrichsen, Программа и лаборатория ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2003.

Когда батареи соединены параллельно, общий производимый ток увеличивается.Например, если мы создадим цепь, используя три батареи 1,5 В параллельно в качестве источника напряжения, общее напряжение, обеспечиваемое блоком батарей, все равно будет 1,5 В. Однако ток будет в три раза больше, чем у одной батареи 1,5 В. Помните, что величина тока в цепи зависит от сопротивлений устройств в цепи. Когда инженер проектирует устройство, такое как портативный проигрыватель компакт-дисков, он/она решает, сколько батарей необходимо включить параллельно, чтобы обеспечить достаточный ток. Как видите, инженеры-электрики должны быть очень хорошо осведомлены об электричестве, но в то же время должны быть очень творческими в своей работе!

Электричество в доме

Когда вы подключаете устройство к сетевой розетке в вашем доме, вы добавляете параллельную ветвь к цепи, которая идет до вашей местной электростанции.К настенным розеткам подключены два провода, называемые линиями; одна линия называется проводом под напряжением, а другая — нейтральным проводом. Эти линии питают переменный ток (АС) напряжением 110-120 В. Часто третий контакт в розетке представляет собой заземляющий провод. Провод заземления подключается непосредственно к земле для прямого тока в землю, если провод под напряжением случайно коснется металла на приборе. Это предотвратит поражение электрическим током любого, кто прикоснется к прибору. Конечно, прибор должен быть подключен к заземляющему проводу либо с помощью адаптера, либо с трехконтактной вилкой.Инженеры несут ответственность за безопасность использования приборов; надлежащее заземление является важным аспектом проектирования, и они всегда связаны с общественной безопасностью.

Электроэнергия

Всякий раз, когда в цепи есть ток, электрическая энергия используется для выполнения определенного вида работы, а электрическая энергия преобразуется в другой вид энергии. Эта работа может заключаться в вращении лопастей вентилятора, освещении комнаты или разогреве пищи. Скорость, с которой эта работа совершается зарядом в цепи, представляет собой электрическую мощность.Электрическая мощность также является скоростью, с которой используется электрическая энергия, поэтому Мощность = Энергия / Время. Электрическая мощность, потребляемая прибором, равна P = I * V, где P — электрическая мощность, I — сила тока в приборе в амперах [А], а V — напряжение прибора в вольтах [В]. Поэтому электрическая мощность выражается в ваттах (Вт), где 1 Вт = 1 А * В. Стоимость электрической энергии указана в центах за киловатт-час (кВтч), где 1 кВтч = 1000 Втч (Ватт-час). Киловатт-час – это количество электроэнергии, потребляемой в течение одного часа при норме в 1 кВт.Разработка приборов, которые эффективно потребляют энергию, является важной задачей для инженеров, которая в конечном итоге помогает улучшить общество.

Связанные виды деятельности

Закрытие урока

Предложите учащимся предложить примеры устройств, содержащих компьютерные микросхемы; Напишите названия предметов на доске. (Возможные ответы: микроволновая печь, автоответчик, автомобиль, DVD-плеер и т. д.) Затем нарисуйте на плате схему с несколькими компонентами (пример эскиза см. на рис. 3). Попросите класс определить, какие компоненты цепи соединены последовательно, а какие — параллельно

.

Рисунок 3. Принципиальная схема, состоящая из батареи и трех резисторов, демонстрирующая компоненты последовательной и параллельной цепи. Copyright

Copyright © 2012 Carleigh Samson, University of Colorado Boulder

Затем нарисуйте на плате принципиальную схему, как показано на рисунке 4.Используйте закон Ома (I = V / R), чтобы сравнить ток в трех лампах, каждая из которых имеет возрастающее сопротивление, подключенное параллельно. (Ответ: см. расчеты на рис. 4. Ток наибольший в лампочке с наименьшим сопротивлением и наименьший в лампочке с наибольшим сопротивлением.) Спросите, что происходит с напряжением, когда батареи соединены параллельно? (Ответ: напряжение на клеммах остается прежним.)

Рис. 4. Параллельная цепь, состоящая из трех лампочек с увеличивающимся сопротивлением (слева), и расчеты по закону Ома для определения тока каждой лампочки (справа).Copyright

Copyright © Дарья Котис-Шварц, Программа и лаборатория ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2004.

Словарь/Определения

интегральная схема: Микроэлектронная схема, выгравированная или отпечатанная на полупроводниковой микросхеме.

параллельная цепь: Электрическая цепь, имеющая более одного проводящего пути.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопросы для обсуждения: Задайте учащимся и обсудите всем классом:

• С какой цепью вы бы хотели подключить свой дом или видеоигру и почему? (Ответ: Студенты, вероятно, вспомнят урок о последовательной схеме и объяснят, как работает этот тип схемы.Обсудите плюсы и минусы последовательных цепей.)
• Если вы удалите одну лампочку из последовательной цепи с тремя лампочками, цепь будет (n) ____________ цепью. Открытый или закрытый? (Ответ: Открыто.)
• Что произойдет с другими лампочками в последовательной цепи, если одна лампочка перегорит? (Ответ: Все выходят.)
• При последовательном соединении аккумуляторов напряжение на них ____________. Увеличивается, уменьшается или остается прежним? (Ответ: Увеличивается до общего суммарного значения напряжения батареи. )

Оценка после внедрения

Вопрос/Ответ: Задайте учащимся вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Напишите ответы на доске

• Как возможно, что вы можете включить один свет в комнате, и он работает, без необходимости включать все остальные? (Ответ: Электропроводка в доме представляет собой параллельную цепь.)
• Как называется очень сложная схема, объединяющая от тысяч до миллионов параллельных и последовательных цепей, работающих вместе? (Ответ: интегральная схема или микропроцессор.)

Оценка итогов урока

Пронумерованные головы: Разделите класс на команды от трех до пяти человек. У студентов в каждой команде есть разные номера, чтобы у каждого члена был свой номер. Задайте ученикам вопросы (при желании дайте им временные рамки для решения каждого). Члены каждой команды должны работать вместе, чтобы ответить на вопросы. Все в команде должны знать ответ. Вызов номера наугад. Учащиеся с этим номером должны поднять руки, чтобы дать ответ. Если не все учащиеся с таким номером поднимают руки, дайте командам поработать еще немного. Спросите у студентов:

• Если вы удалите одну лампочку из параллельной цепи с тремя параллельными лампочками, цепь станет (n) ____________ цепью. Открытый или закрытый? (Ответ: Закрыто.)
• Что произойдет с другими лампочками в параллельной цепи, если одна лампочка перегорит? (Ответ: Они горят.)
• При параллельном соединении лампочек общее сопротивление равно ____________ сопротивлению одной лампочки.Меньше, больше или равно? (Ответ: Меньше чем.)
• При параллельном соединении аккумуляторов напряжение на них ____________. Увеличивается, уменьшается или остается прежним? (Ответ: Остается прежним.)
• Нарисуйте принципиальную схему параллельной цепи с двумя параллельными батареями и двумя параллельными лампочками.

Drawing Race: Напишите символы схемы на доске (см. рис. 5). Разделите класс на команды по четыре человека, вычеркнув номер каждого члена команды, чтобы у каждого был свой номер, от одного до четырех. Назовите номер, и пусть учащиеся с этим номером бегут к доске, чтобы нарисовать правильную принципиальную схему. Поставьте балл той команде, чей товарищ по команде первым закончит рисунок правильно. Попросите учащихся нарисовать следующие электрические схемы:

• Схема с одной батареей и двумя параллельными лампочками.
• Цепь с тремя параллельными батареями и двумя параллельными лампочками.
• Цепь с двумя параллельными батареями, одним резистором и одной лампочкой.
• Цепь с одной батареей, одним выключателем и тремя лампочками параллельно.
• Цепь с одной батареей, одним выключателем и двумя резисторами, включенными параллельно.
• Цепь с одной батареей, одним выключателем, одной лампочкой и резистором, включенными параллельно.
• Цепь с двумя параллельными батареями и одной параллельной лампочкой с лампочкой и резистором.

Рисунок 5. Подборка символических обозначений принципиальных схем. Авторские права

Copyright © Дарья Котис-Шварц, Лаборатория ITL, Колорадский университет в Боулдере, 2004 г.

Презентация класса: Работая в группах от двух до четырех человек, попросите учащихся провести презентацию класса, в которой они динамично разыгрывают концепции, которые они изучили в этом разделе. Поощряйте ролевые игры и творчество.

• Предложите учащимся разыграть сценарий инженера-электрика, который только что изобрел новую игрушку, используя последовательные или параллельные (или их комбинацию) схемы. Другими игроками могут быть потребители, патентные чиновники, соседи, другие инженеры и т. д.Каждый сценарий должен включать описание схемы и ее работы, а также рисунок схемы на доске.

Расширение урока

Предложите учащимся изучить историю компьютерной индустрии и интегральных схем. Они могут подготовить плакаты и презентации об основных изобретениях, а также об инженерах и исследователях, сыгравших важную роль в разработке микрочипов и микропроцессоров.

Микрочипы все чаще используются в устройствах, например, в утюгах для одежды, которые автоматически отключаются, и в тостерах, которые обнаруживают идеально подрумяненные тосты. Предложите учащимся все бытовые приборы, которые они могут придумать и которые имеют микрочип. Микрочипы используются в посудомоечных машинах, стиральных и сушильных машинах, телевизорах, микроволновых печах, автомобилях, видеомагнитофонах, DVD-плеерах, спутниковых антенных приемниках, пультах дистанционного управления, видеоиграх, камерах, видеокамерах, детекторах дыма, открывателях гаражных ворот, беспроводных телефонах, мобильных телефонах, факсимильные аппараты, телескопы, приемники GPS, радиоприемники, клавиатуры, MP3-плееры, магнитофоны, стереосистемы, часы, калькуляторы, принтеры, сканеры, карманные компьютеры и идентификационные бирки для животных.

Выражения и уравнения: Предложите учащимся решить закон Ома (I = V / R) в конце урока для различных переменных, включая напряжение, ток и сопротивление, а не только ток.

использованная литература

Хьюитт, Пол Г. Концептуальная физика. 8-е издание. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: издательство Addison Publishing Company, 1998.

.

Каган, Спенсер. Совместное обучение. Капистрано, Калифорния: Совместное обучение Кагана, 1994.(Источник деятельности по оценке пронумерованных головок.)

Рид, Т.Р. Чип: как два американца изобрели микрочип и совершили революцию. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Random House, 2001, стр. 309.

авторское право

© 2004 Регенты Колорадского университета.

Авторы

Сочитл Замора Томпсон; Сэйбер Дюрен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.