I = 1 Ампер

~ V.f 1 Йольт

R = 1 Ом

Рис. 1.5. Соотношение мажду Вольтом, Амперам и Омам

Георг Ом известен как автор основополагающего закона электротехники, который установил, что ток пропорционален приложенному напряжению, или

V = IxR

т.е. напряжение = току х сопротивление

Сегодня это кажется элементарным, но самому Ому в 1826 году такое утверждение стоило потери работы, потому что оно противоречило представлениям того времени.

Пример

3 Пампочка передней фары питается напряжением 12 Вольт от аккумулятора и потребляет 3 Ампера. Кеково сопротивление лампочки?

или или

IxR 3xR

12/3 =40ма

4 Единицы измерения в электротехнике имеют краткие обозначения:

Вольт = В Ампер = А Ом = Ом или О.

в Последовательные и параллельные иепи

1 Редко, когда электрическая цепь состоит только из батареи и нагрузочного сопротивления. Чаще в цепь включено два и более резисторов. Если они включены один за другим, как изображено на рис. 1.6, то их соединение называют последовательным, а если так, как на рис. 1.7, то соединение называют параллальным.

9 Последовательное соединение

1 Для схемы, изображенной на рис. 1 .В закон Ома примет вид:

V =lx{R,+ Rg + R3)

Примечание: При последовательном включении резисторов их сопротивления складываются, а падения напряжения последовательно вычитаются из напряжения источника по мере продвижения вдоль схемы. Это обстоятельство надо учитывать при поиске неисправности.

Сумма падений напряжения вдоль иепи равно напряжению источника

Рис. 1.6. Падениа напряжения I

Рис. 1.7. Параллельное соединание резисторов

2 Пример

Для того, чтобы посмотреть, как может быть использовано приведенное выше соотношение, положим, что R, = 3 Ом, Rg = 4 Ом и R3 = 5 Ом. Какова сила тока в цепи, если напряжение батареи V = 12 Вольт?

таким образом

12 12

= IX (3 + 4 + 5) = 1x12, = 1 Ампер

3 На практике иногда имеет значение внутреннее сопротивление батареи, особенно если она не полностью заряжена, кроме того, нежелательное сопротивление имеют и подводящие провода. Эти дополнительные сопротивления в ряде случаев при использовании закона Оме приходится принимать во внимание. Такого рода примеры будут приведены ниже.

10 Параллельное соединение

1 Из рис. 1.7 ясно, что батарея должна обеспечить прохождение тока через все три ветви цепи, и что ток батареи равен сумме токов в ветвях цепи, т.е. I = I, + а * з-

2 К каждой ветви цепи приложено напряжение V, поэтому можно рассчитать значения токов в каждой из ветвей, а затем токи сложить.

3 Заметим, что такое соединение нагрузок чаще всего встречается в автомобиле. Например, R, - это лампочка фары,

- звуковой сигнал, а Rg - система зажигания. Тогда ток.

потребляемый от еккумупятора, будет равен сумме токов составных частей цепи.

4 Пример

Положим опять, что напряжение источника равно 12 Вольт, а нагрузочные сопротивления ревны R, = 6 Ом, Rg = 3 Ом, Rg = 4 Ом (см. рис. 1.8)

Энергия

♦

12v -ф-

,4Л.

Рис. 1.8. Пример параллельного соединения резисторов

l,=V/R, = 12/6 = 2A l3 = V/R, = 12/3 = 4A

l3 = V/R3= 12/4 = ЗА

Таким обрезом, полный ток, который должна обеспечить батерея, составляет I = 9 А.

Несколько параллельных сопротивлений могут быть для удобства расчетов заменены одним эквивалентным R, которое можно найти следуюидим образом:

V = IxRg 12 = gxRg

Рз= 12/9 = IV3OM

5 Практически все ветви электрической схемы автомобиля соединены параллельно, поскольку все они питаются от одного источнике - аккумулятора.

Например, если передние фары потребляют ток 5А, задние фонари - 0.5А, а катушка зежигания - 1.5А, то, если они включены одновременно, их обший ток будет составлять

1 = 5 + 0.5+ 1.5 = 7А

Vxlxt =

12x3x20x60 = 43 200 Джоулей

Джоули редко используются в практической работе с эпактри-ческими цепями, однако, интересно отметить, что такая же единица используется и в механике, если расчеты ведутся в системе СИ.

2 Мощность тесно связана с энергией, поскольку она представляет собой скорость расходования энергии. Единицей мощности является ВАТТ.

Ватты = Джоули / секунды Учитывая, что Джоули = Вольты х Амперы х секунды, получаем

Ватты = Джоули / секунды = Вольты х Амперы Таким образом для цепей постоянного тока

Ватты = Вольты х Амперы.

В приведенном выше примере аккумулятор с напряжением 12В, питающий лампочку током ЗА, выдает мощность

W = Vxl= 12x3 = 36 Ватт.

12 Падение напряжения в проводах

1 Осмотр проводов в автомобиле показывает, что они имеют разную толщину, и что часто провод представляет собой не просто одну сплошную жилу, а скручен из многих тонких жил.

Конструктор выбирает провода для электрических цепей таким образом, чтобы при передаче по ним тока от источника к потребителю провода не рассеивали слишком много энергии.

Важно помнить, что, хотя провода обычно изготовлены из меди, которая является хорошим проводником, тем не менее они имеют вполне реальное, хотя и небольшое сопротивление, вызывающее негрев и падение напряжения. Это приводит к тому, что до потребителя доходит меньше энергии, а цепь теряет эффективность.

На рис. 1.9 показан еккумулятор с присоединенной к нему лампочкой. На клеммах аккумулятора напряжение составляет 12 Вольт и в идеале такое же напряжение должно быть на контактах лампочки. Однако на самом деле подводящий и отводящий

11 Энергия и МОЩНОСТЬ

1 Энергия (иногда называемая работой) измеряется в ДЖОУДЯХ. 1 Джоуль - это энергия, которая выделяется в проводнике при движении по нему тока в 1 Ампер под действием напряжения 1 Вольт в течение 1 секунды. Таким образом.

Джоули = Вольты X Амперы х секунды или, в символьной форме J = Vlt.

Пример

Если от аккумулятора с напряжением 12 Вольт питается лампа передней фары, потребляющая ток 3 Ампера в течение ЭО минут, то сколько энергии она израсходует за это время?

11.6 Вольт

(лри условии, что лровода имеют одинаковую длину)

Рис. 1.9. Падение напряжения в падводящих проводах

626464

Амперметр (последовательно с нагрузкой)

Аккумулятор

Вольтметр

(параллельно нагрузке)

Рис. 1.10. Подключение емперметре и вольтметра

провода лампочки имеют сопротивление с падением напряжения по 0.2 В в каждом. В результате до вопоска лампочки доходит напряжение пишь 11.6 В.

2 В резупьтате из-за потерь напряжения в проводах мы попучим ппохое освещение. Улучшить освещение можно, сделав провода более топстыми, но в этом неправлении тоже надо соблюдать меру, поскопьку провода станут дороже, да к тому же потеряют гибкость.

13 Амперметр и вольтметр

1 Не обязательно много знать об устройстве эпектроизмери-тельных приборов, для того, чтобы уметь ими пользоваться. Основные же правила просты.

Амперметр измеряет силу тока, текущего по цепи. Его подсоединяют так, чтобы этот же ток протекал и через прибор, т.е. послвдоввтвпьно с нагрузкой, как показано на рис. 1.10.

2 Амперметр сконструирован так, чтобы его внутреннее сопротивпение быпо по возможности минимапьным. Поэтому, еспи его по ошибке вкпючить не последоватепьно, а параллельно нагрузке, поспедствия могут быть разрушительными. Из-за малого внутреннего сопротивления через амперметр потечет большой ток, который может сжечь прибор, а также оплавить изоляцию подводящих проводов.

3 Вольтметр, в отпичие от амперметра, наоборот, конструируется так, чтобы его внутреннее сопротивление быпо по возможности высоким. Поэтому его трудно сжечь неосторожным подключением.

Вольтметр измеряет напряжение (разность потенциалов) на концах эпемента цепи и его надо подкпючать перелпельно этому элементу. Например, если в схеме на рис. 1.9 вольтметр вкпючить между точками а и d, он покажет напряжение аккумулятора, между точками b и с - напряжение на пампочке, между а и b или между d и с - педение напряжения на проводах.

4 Иногда прибор снабжен переключателем, чтобы получить разные диапазоны измерения. В этом спучае следует выбрать такой измерительный диапазон, чтобы стрепка прибора отклоня-пась как можно дапьше по шкапе (но не зашкаливала). При малых отклонениях стрепки, сопоставимых с толщиной самой стрепки трудно рессчитывать не достаточно высокую точность измерения.

5 Пюбые приборы имеют погрешность измерения. Обычно чем

дешевле прибор, тем меньшую точность он имеет. Очень дешевые приборы вообще не стоит считать измерительными - ими можно пользоваться пишь как индикаторами.

6 Очень полезны в работе многофункционепьные приборы (мультиметры или тестеры). Однако при попьзовании ими надо быть очень осторожным в выборе режимов и диапазона работы и ни в коем спучае не переключать режим измерения, когда прибор подсоединен к цепи. Это связано с тем, что при вращении переключателя диапазонов в поисках нужного диапазона измерения напряжения. Вы случайно можете войти в режим амперметра и это будет означать конец Вашего прибора.

7 Бопьшинство электроизмеритепьных приборов имеют в качестве чувствительного элемента проволочную катушку, находящуюся в поле постоянного магнита (приборы магнитоэлектрической системы). Такие приборы рассчитаны на измерения топько в цепях постоянного тока.

Мегнито-электрические приборы можно приспособить и для измерений в цепях переменного тока введением в его состев выпрямителя.

14 Электромагниты

1 Ограниченная мощность динамомашин и иного электротехнического оборудования, имеющего в своей основе постоянные магниты, объясняется тем, что такие магниты имеют слабое магнитное поле. Решение состоит в создании электрических магнитов, представпяющих собой жепезный сердечник с намотанной на него катушкой из провода.

2 Постоянный ток, проходящий по проводам катушки, индуцирует в сердечнике магнитное поле, подобное полю обычного магнита со следующими различиями:

а) непряженность магнитного попя электромагнита можно регулировать (в определенных пределах) путем изменения силы тока в катушке;

б) магнитное поле исчезеет при откпючении катушки,

3 На рис. 1.11 показана схема электромагнита и график изменения напряженности его магнитного поля с изменением тока в катушке. Обратите внимание на то, что начиная с некоторого уровня тока напряженность магнитного попя перестает расти пропорционально току - это явление называют насыщением железного сердечника.