Rezistența electrică caracterizează proprietatea unui conductor de a împiedica trecerea curentului electric prin el. Fiecare material are propria sa rezistență specifică. Aceasta este o valoare tabelară și, condiționat, este considerată constantă.
Condițional, deoarece în multe privințe această caracteristică depinde de condițiile externe, de exemplu, de temperatură. Rezistența oricărui element particular (vom vorbi despre rezistențe) este alcătuită din mai mulți factori, de exemplu, parametrii geometrici, iar atunci când vine vorba de circuitul de curent alternativ, calculele includ și rezistența inductivă și capacitivă, dar vă vom spune despre aceasta mai târziu. Pentru moment, un pic de teorie.
Tabla de conținut:
Cuprins
Legea lui Ohm
În 1826, fizicianul german Georg Ohm a dedus din experimentele sale o lege conform căreia intensitatea curentului într-un circuit este direct proporțională cu tensiunea aplicată acestuia și invers proporțională cu rezistența circuitului. Din cursul școlar cunoaștem această lege:
I=U/R
Mai târziu a fost formulată pentru un circuit complet:
I=ε/(R+r)
Unde ε este EMF-ul sursei, R este rezistența circuitului, iar r este rezistența sursei.
Cel mai probabil, informațiile privind cablarea unui întrerupător de lumină cu două taste vi se vor părea utile.
Puterea unui dispozitiv
O sarcină electrică lucrează în timp ce se mișcă. Acest lucru poate să nu fie vizibil cu ochiul liber, dar puteți simți rezultatul acestei lucrări: aparatele electrice se încălzesc și, uneori, încălzirea este un scop, nu un efect secundar. Nu credeți — bine, sobe electrice, elemente de încălzire, fiare de călcat doar această proprietate și exploata. Cu toate acestea, nu vă sfătuiesc să o verificați cu mâinile.
Puterea este lucrul efectuat pe unitate de timp. Să încercăm să calculăm puterea unui aparat electric inclus în circuit. Deoarece acesta are rezistență, să îl notăm prin R, lucrul prin A, puterea prin P, sarcina prin Q și timpul prin Δt. Astfel, sarcina trece prin circuit sub acțiunea tensiunii U, care efectuează lucrul de deplasare a acesteia pe secțiunea circuitului pentru timpul Δt:
P=A/Δt , A=UQ
P=UQ/Δt
Ei bine, deoarece Q/Δt nu este altceva decât curentul I, obținem:
P=UI
Să conectăm expresia obținută cu legea lui Ohm și obținem:
P=I^2*R, P=U^2/R
Conexiuni în serie și în paralel
În viața reală, rareori avem de-a face cu un singur conductor și o singură sursă. Este suficient să ne uităm la orice schemă de circuit, de exemplu, una atât de simplă:
(aceasta este schema de circuit a unui cuptor cu microunde electronic)
puteți vedea că elementele din circuit sunt conectate în moduri diferite, dar vă vom arăta legile de bază care funcționează în circuite.
Regulile lui Kirchhoff
Dacă luați un circuit electric închis prin care curge o sarcină, puteți spune cu siguranță: aceasta nu merge nicăieri. Suma tuturor sarcinilor care circulă în același circuit este întotdeauna aceeași. Aceasta se numește legea conservării sarcinii, un caz special al legii generale a conservării (după cum se spune, dacă ceva dispare într-un loc, cu siguranță va ajunge în altul).
De aici deducem faptul că în fiecare nod al circuitului suma curenților este zero. Adică, dacă curentul „vine” într-un punct de-a lungul unei ramuri și „pleacă” de-a lungul a două ramuri, înseamnă că primul este egal cu suma celui de-al doilea și al treilea.
În această imagine vedem că I1+I4=I2+I3
Aceasta se numește prima regulă a lui Kirchhoff.
Dacă circuitul nostru conține noduri, înseamnă că curentul din acesta va avea o valoare constantă, iar elementele, plasate unul după altul în circuit, vor da o cădere de tensiune. În același timp, tensiunea totală în circuit va rămâne aceeași. De aici a doua regulă a lui Kirchhoff: suma tensiunilor din circuit va fi egală cu CEM-ul surselor de curent incluse în circuit. Dacă avem o singură sursă, egalitatea va fi adevărată:
ε=U1+U2+U3+…+Un
Suma căderilor de tensiune va fi astfel zero.
În situațiile în care avem de-a face cu curent alternativ, căderea va fi observată în zonele cu condensatoare și bobine — în circuitele de curent alternativ acestea au rezistență (mai multe despre acest lucru mai târziu).
Acum că ne-am familiarizat cu partea teoretică, putem trece la o chestiune mai apropiată de realitatea dură, și anume calculul conectării în serie și în paralel a rezistențelor.
Exemple de calcule
Să calculăm parametrii circuitelor cu diferite tipuri de conexiuni.
După cum putem vedea din figură, rezistențele sunt conectate una după alta, în serie. Deci, curentul în acest circuit este o valoare constantă, iar tensiunea, pe baza celei de-a doua reguli a lui Kirchhoff —
U=U1+U2+U3 /tensiunea în conexiune în serie/.
Deoarece din legea lui Ohm U=IR, atunci
IR=IR1+IR2+IR3 ,
prin urmare, rezistența întregului circuit
R=R1+R2+R3 /rezistența în conexiune în serie/
și consumul său de energie
P=I^2*R
În această imagine putem vedea că rezistențele sunt conectate în paralel. Să calculăm conexiunea în paralel a rezistoarelor. Tensiunea în conexiunea paralelă este constantă, dar curentul în întregul circuit, pe baza primei reguli a lui Kirchhoff, este format din curentul pe fiecare ramură în parte:
I=I1+I2+I3 /puterea curentului în conexiune paralelă/.
Exprimând curentul prin tensiune și rezistență, obținem:
U/R=U/R1+U/R2+U/R3
1/R=1/R1+1/R2+1/R3
R=1/(1/R1+1/R2+1/R3) /rezistența în conexiune paralelă/
Ei bine, puterea va fi exprimată după cum urmează:
P=U^2/R
Pe baza legilor de mai sus, veți fi capabili să calculați cele mai bizare conexiuni de rezistențe, puteți exersa împrumutând caietul de sarcini de la bibliotecă.
Tipuri de rezistoare
După cum am menționat anterior, elementul care este pus în circuit pentru sarcină se numește rezistor. Se pune în diferite scopuri, în principal pentru a schimba unul sau altul dintre parametrii de pe secțiunea circuitului. De exemplu, pentru a reduce tensiunea sau curentul astfel încât partea din spatele rezistorului să nu se ardă.
Companiile produc o gamă largă de astfel de produse, iar acestea pot fi clasificate în moduri diferite. Nominal, rezistorul are rezistența indicată pe el, dar de fapt poate depinde de tensiunea din rețea (neliniaritate), are o variație a parametrului (uneori până la 20%). În funcție de tehnologia utilizată, rezistențele pot fi împărțite în:
- sârmă;
- compozite;
- folie metalică;
- carbon;
- integrate.
Rezistența reală a unui astfel de element poate depinde de temperatura ambientală și chiar de frecvență, dacă este vorba de curent alternativ. Fapt este că o parte din gama de rezistențe sunt realizate prin tehnologia sârmei, adică sunt de fapt o mini bobină. La frecvențe joase (50 Hz) acest lucru nu este luat în considerare, dar la frecvențe înalte (megahertz) inductanța parazită și rezistența inductivă pot afecta funcționarea circuitului. Prin urmare, atunci când alegeți un rezistor pentru a lucra cu circuite de înaltă frecvență, uitați-vă cu atenție la ce tehnologie este fabricat. Dați preferință produselor cu strat subțire și compozite.
În plus, rezistențele variabile sunt utilizate pe scară largă, a căror valoare de rezistență poate fi reglată. Acest lucru se face cel mai adesea cu o șurubelniță. Nevoia de astfel de produse este dictată de variația parametrilor rezistențelor convenționale, iar versiunea trim vă permite să reglați rezistența.
Toate cele de mai sus sunt valabile pentru circuitele de curent continuu și alternativ la frecvențe joase, toate în condiții normale de mediu. Calculele circuitelor atunci când aceste condiții sunt încălcate necesită o corecție suplimentară: aceasta se datorează valabilității limitate a legii lui Ohm. Cu ce sunt asociate limitările? Iată câteva exemple:
- la temperaturi foarte scăzute, mulți conductori prezintă un fenomen interesant numit supraconductivitate;
- De asemenea, rezistența poate varia cu căldura;
- Legea lui Ohm nu se aplică pentru a descrie curentul electric în gaze;
- în sfârșit, un rezistor obișnuit poate fi pur și simplu perforat de o tensiune înaltă.
Toate aceste lucruri funcționează foarte bine. Dacă nu mă credeți, puteți să faceți experimente acasă sau să efectuați măsurători cu un tester. De exemplu, pentru a studia o ghirlandă de pom de Crăciun sau citirile contorului atunci când aparatele electrice sunt pornite (vă reamintesc că în ghirlandă becurile sunt conectate în serie, iar prizele din casă — în paralel). Succes!
