Источник тока на схеме где плюс где минус

Электрические схемы. Соединение проводников

Всем приготовиться к погружению в мир электрических соединений и схем. Сопротивление бесполезно!

Условное обозначение элементов электрической цепи

Есть история о том, как одного физика-теоретика током ударило. Конечно, в теории он был силен, но знать — одно, а применять знания в жизни — совсем другое дело. Вот и получилось у него всякое, странное. Не советуем повторять: опасно для жизни!

А с чего вся история началась?

Когда мы говорим об электрических приборах, мы понимаем, что сам по себе прибор работать не будет. Его нужно подключить, к источнику тока. А если схема сложная, в которой несколько приборов? И как изобразить цепь на рисунке? Всеми этими вопросами задался наш герой.

Для решения умные люди придумали условные обозначения, которые уже много лет используются в электромире:

Итак, наш физик-теоретик решил по схеме собрать гирлянду. Всё как положено. Лампочки подобрал все одинаковые. И даже соединения между ними учел.

Соединения проводников

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно. Давайте разберем, чем отличаются эти два вида соединений и чем они полезны.

Последовательное соединение	Параллельное соединение
Соединение проводников без разветвлений, когда конец одного проводника соединен с началом другого.	Соединение, в котором начала и концы проводников соединены вместе.
R1 и R2 — сопротивления проводников, R— общее сопротивление, I1 и I2— сила тока на каждом проводнике, I — общая сила тока, U1 и U2 — напряжение на каждом проводнике, U — общее напряжение цепи.	R1 и R2 — сопротивления проводников, R— общее сопротивление, I1 и I2— сила тока на каждом проводнике, I — общая сила тока, U1 и U2 — напряжение на каждом проводнике, U — общее напряжение цепи.
Схема последовательного соединения проводников.	Схема параллельного соединения проводников.
I1 = I2 = I Сила тока, протекающего через каждый проводник, одна и та же (I = const).	I = I1 + I2 Сила тока, протекающего в неразветвлённой части цепи, равна сумме сил токов, протекающих по каждому из проводников.
U1 = IR1, U2 = IR2; U = U1 + U2 Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.	U1 = I1R1, U2 = I2R2; U = U1 = U2 Напряжение на каждом из проводников одинаково (U = const).
R = R1 + R2 Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.	\(\frac = \frac + \frac\) Проводимость равна сумме проводимостей каждого из проводников.
\(\frac = \frac\)	\(\frac = \frac\)
Если все сопротивления одинаковы, то:

При последовательном соединении проводников общее сопротивление участка цепи увеличивается, при параллельном соединении — уменьшается.

Важно учитывать, какие приборы, как подключать. Например, елочная гирлянда является примером последовательного соединения. Если одна лампочка перегорит, то вся гирлянда работать перестанет. Это, кстати, относится к недостаткам такого вида соединения. Наш физик-теоритк был в курсе этой особенности.

Тогда зачем такое соединение нужно?

Когда необходимо целенаправленно подключить какой-то один прибор. Например, карманный фонарик. Он будет работать только тогда, когда включена кнопка.

А вот в люстре лучше использовать параллельное соединение. И когда одна лампочка перегорит, все остальные по-прежнему будут светить.

Задачи на комбинированное соединение проводников удобно решать, используя эквивалентные схемы.

Смешанное (комбинированное) соединение проводников

Комбинированным называется соединение, при котором некоторые проводники соединены последовательно, а некоторые — параллельно.

Рассмотрим пример задачи.

Вопрос: Каким будет сопротивление участка цепи (см. рисунок), если ключ К замкнуть? Каждый из резисторов имеет сопротивление 2R.

Ответ: если ключ К замкнуть, то сопротивление станет равным нулю.

Виды соединения источников тока

Что же произошло к нашим физиком-теоретиком? Он даже соединения источников учел. Только забыл он самое главное правило: сначала собери схему, а только потом подключи ее к источнику.

Вот он подключил один конец провода с лампочками к источнику, другой конец взял в руку… И навсегда запомнил технику безопасности при работе c электричеством: не стоит человеку становиться звеном цепи, подключенной к источнику.

Источники тока соединяют между собой для совместного питания всей цепи.

Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема
Эквивалентное внутреннее сопротивление	rэ = r1 + r2	\(\frac = \frac + \frac\)
Эквивалентное ЭДС	\(\varepsilon_э = \pm \varepsilon_1 \pm \varepsilon_2\)

Чем отличаются понятия “соединения резисторов” и “соединения источников тока”? Пример резистора — чайник, простой проводник электрического тока. Если чайник подключить параллельно, это никак не повлияет на работу всей цепи. А источник тока — это розетка. Она дает “питание” всей цепи. Без источника тока не будет работать ни один прибор.

Правила подключения амперметра и вольтметра

Важно запомнить правила подключения амперметра и вольтметра. Это необходимо для того, что приборы не перегорели и показывали корректные значения при измерении.

Амперметр	Вольтметр
Амперметр подключается последовательно участку цепи. Соблюдаем полярность: “+” амперметра подключают к “+” источника тока, а “−” подключают к “−” источника тока.	Вольтметр подключается параллельно участку цепи. Соблюдаем полярность: “+” вольтметра подключают к “+” источника тока, а “−” подключают к “−” источника тока.
Шунт — проводник, присоединяемый параллельно амперметру для увеличения предела его измерений.

Научиться читать электрические схемы важно для любителей электроники. Ведь если правильно ее прочитать, можно спаять что-то интересное, например, карманный фонарик.

Фактчек

• Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.
• При последовательном соединении проводников общее сопротивление участка цепи увеличивается, при параллельном соединении — уменьшается.
• Комбинированным называется соединение, при котором некоторые проводники соединены последовательно, а некоторые — параллельно.
• При подключении приборов обязательно нужно учитывать их полярность.

Проверь себя

Задание 1.
Какие существуют соединения проводников?

1. Последовательное
2. Параллельное
3. Смешанное
4. Все варианты верны

Задание 2.
При последовательном соединении проводников общее сопротивление участка цепи:

1. Увеличивается
2. Уменьшается
3. Не изменяется

Задание 3.
При параллельном соединении проводников общее сопротивление участка цепи:

1. Увеличивается
2. Уменьшается
3. Не изменяется

Задание 4.
Как подключается амперметр в цепи?

1. Последовательно
2. Параллельно
3. Не имеет значения

Задание 5.
Как подключается вольтметр в цепи?

1. Последовательно
2. Параллельно
3. Не имеет значения

Ответы: 1. — 4; 2. — 1; 3. — 2; 4. — 1; 5. — 2

Как научится читать электронные схемы

Для начинающих электронщиков важно понимать, как работают детали, как их рисуют на схеме и как разобраться в схеме электрической принципиальной. Для этого нужно сперва ознакомиться с принципом работы элементов, а как читать схемы электроники я расскажу в этой статье на примерах популярных устройств для начинающих.

Электронная схема — это набор электронных компонентов, соединенных между собой проводниками, которые обеспечивают выполнение определенных функций в электронном устройстве. Электронные схемы используются в различных устройствах, таких как компьютеры, смартфоны, телевизоры и другие.

Умение читать электронные схемы необходимо для понимания работы электронного устройства и выявления неисправностей. Электронные схемы содержат информацию о компонентах, их расположении и соединении, а также о принципах работы устройства. Чтение электронных схем помогает быстро и точно определить проблему и найти оптимальное решение для ее устранения.

Схема настольной лампы и фонарика на светодиоде

Схема – это рисунок на которых с помощью определенных символов изображаются детали схемы, линиями – их соединения. При этом, если линии пересекаются – то контакта между этими проводниками нет, а если в месте пересечения присутствует точка – это узел соединения нескольких проводников.

Кроме значков и линий на схеме изображены буквенные обозначения. Все обозначения стандартизированы, в каждой стране свои стандарты, например в России придерживаются стандарта ГОСТ 2.710-81.

Начнем изучение с простейшего – схемы настольной лампы.

Схемы не всегда читают слева направо и сверху вниз, лучше идти от источника питания. Что мы можем узнать из схемы, посмотрите в правую её часть. ~ — значит питание переменным током.

Рядом написано «220» — напряжением в 220 В. X1 и X2 – предполагается подключение в розетку с помощью вилки. SW1 – так изображается ключ, тумблер или кнопка в разомкнутом состоянии. L – условное изображение лампочки накаливания.

Краткие выводы:

На схеме изображено устройство, которое подключается к сети 220 В переменного тока с помощью вилки в розетку или других разъёмных соединений. Есть возможность отключения с помощью переключателя или кнопки. Нужно для питания лампы накаливания.

С первого взгляда кажется очевидным, но специалист должен уметь сделать такие выводы глядя на схему без пояснений, это умение даст возможность выносить диагноз неисправности и устранять её или же собирать устройства с нуля.

Перейдем к следующей схеме. Это фонарик с питанием от батарейки, в качестве излучателя в нём установлен светодиод.

Взгляните на схему, возможно, вы увидите новые для себя изображения. Справа изображен источник питания, так выглядит батарейка или аккумулятор, длинный вывод это плюс другое название – Катод, короткий – минус или Анод. У светодиода к аноду (треугольная часть обозначения) подключается плюс, а к катоду (на УГО выглядит как полоска) – минус.

Это нужно запомнить, что у источников питания и потребителей названия электродов наоборот. Две исходящие от светодиода стрелки дают вам понять, что этот прибор ИЗЛУЧАЕТ свет, если бы стрелки наоборот указывали на него – это был бы фотоприемник. Диоды имеют буквенное обозначение VDx, где х- порядковый номер.

Важно:

Нумерация деталей на схемах идет столбцами сверху вниз, слева направо.

Резистор – это сопротивление. Преобразует электрический ток в тепло, препятствую его движению, выглядит как прямоугольник, обычно на схемах имеет буквенное обозначение «R».

Как читать электронные схемы: увеличиваем уровень сложности

Когда вы уже разобрались с базовым набором элементов, пора ознакомится с более сложными схемами, давайте рассмотрим схему трансформаторного блока питания.

Главным средством преобразователя на схеме является трансформатор TV1, это новый для вас элемент. Предлагаю рассмотреть ряд подобных изделий.

Трансформаторы используются повсеместно, либо в сетевом (50 гц), либо в импульсном (десятки кГц) исполнении. Катушки индуктивности используются в генераторах, радиопередающих устройствах, фильтрах частот, сглаживающих и стабилизирующих приборах. Она выглядит следующим образом.

Второй незнакомый элемент на схеме – это конденсатор, здесь используется для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Вообще основная его функция – это накапливать энергию в качестве заряда на его обкладках. Изображается следующим образом.

Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора, напряжение блока питания будет стабилизировано. При этом только от повышения питающего напряжения, при просадках ниже, чем Uстабилизации напряжение будет пульсирующем в такт с просадками. VD1 – это стабилитрон, они включаются в обратном смещении (катодом к точке с положительным потенциалом). Различаются по величине тока стабилизации (Iстаб) и напряжения стабилизации (Uстаб).

Краткие итоги:

Что мы можем понять из этой схемы? То, что блок питания состоит из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра на конденсаторе. Подключается первичной стороной (входом) к сети переменного тока с напряжением 220 Вольт. На его выходе имеет два разъёмных соединения – «+» и «-» и напряжение 12 В, нестабилизорванное.

Давайте перейдем еще более сложным схемам и познакомимся с другими элементами электрических цепей.

Как читать схемы с транзисторами?

Транзисторы – это управляемые ключи, вы можете закрыть их и открыть, а если нужно открыть не полностью. Данные свойства позволяют их применять, как в ключевом, так и линейном режимах, что позволяет их использовать в огромном спектре схемных решений.

Давайте рассмотрим популярную среди новичков схему – симметричный мультивибратор. Это по сути генератор, который на своих выходах выдаёт симметричные импульсы. Может применяться, как основа для простых мигалок, в качестве источника частоты для пищалки, в качестве генератора для импульсного преобразователя и во многих других цепях.

Пройдемся по знакомым деталям сверху вниз. Вверху мы видим 4 резистора, средние два – времязадающие, а крайние – задают ток резистора, также влияют на характер выходных импульсов.

Далее HL – это светодиоды, а ниже два электролита – это полярные конденсаторы, когда будете их монтировать оставайтесь внимательны – неправильное подключение электролитического конденсатора чревато выходом его из строя вплоть до взрыва с выделением тепла.

Интересно:

На графическом обозначении электролитического конденсатора всегда помечается «положительная» обкладка конденсатора, а на настоящих элементах – чаще всего есть пометка отрицательной ножки, не перепутайте!

VT1-VT2 – это новые для вас элементы, таким образом обознаются биполярные транзисторы обратной проводимости (NPN), ниже указана модель транзистора – «КТ315». У них обычно 3 ножки:

При этом на корпусе их назначение не указывается. Чтобы определить назначение выводов, нужно воспользоваться одним из поисковых запросов:

1. «Название элемента» — цоколевка.

2. «Название элемента» — распиновка.

3. «Название элемента» datsheet.

Это справедливо, как для радиоламп, так и для современных микросхем. Запросы имеют почти одинаковый смысл. Вот таким образом я нашел цоколевку транзистора КТ315.

На изображении с распиновкой должно быть четко видно: с какой стороны считать ножки, где находится ключ, срез или метка, чтобы вы правильно определили необходимый вывод.

Интересно:

У биполярных транзисторов стрелка на эмиттере обозначается направление протекания тока (от плюса к минусу), если стрелка ОТ базы – это транзистор обратной проводимости (NPN), а если К базе то прямой проводимости (PNP), часто вы можете заменить все NPN транзисторы на PNP, как в схеме мультивибратора, тогда нужно будет и поменять полярность источника питания (плюс и минус местами) ведь, повторюсь, стрелка на эмиттере указывает направление протекания тока.

На приведенной схеме положительный контакт источника питания подключен к верхней части схемы, а отрицательный к нижней. Так и на транзисторе стрелка указывает сверх-вниз – по направлению протекания тока!

В элементах с большим количеством ног имеет значение куда подключать, так же, как и в диодах и светодиодах, если вы перепутаете ножки – в лучшем случае схема не заработает, а в худшем – убьете детали.

Что мы смогли узнать, прочитав схему мультивибратора:

В этой схеме используются транзисторы и электролитические конденсаторы, питается она напряжением в 9 В (хотя может и больше, и меньше, например 12 В не повредят схеме, как и 5 В).

Стало ясно о способе соединения деталей и включения транзисторов. А также о том, что схема представляет собой прибор, работающий на принципе автогенератора основанного на процессе перезаряда транзисторов, которое вызвано попеременным открытием и закрытием транзисторов каждого по очереди, когда первый открыт, второй закрыт.

Проследив пути протекания тока (от плюса к минусу) и использовав знания о том, как работает биполярный транзистор мы делаем выводы о характере работы.

Тиристоры – полууправляемые ключи, учимся читать схемы

Давайте рассмотрим схему с не менее важным и распространенным элементом – тиристором. Я выбрал слово «полууправляемый» потому что, в отличие от транзистора, вы можете только открыть его, ток в нем прервется либо при прерывании питания, либо при смене полярности приложенного к нему напряжения. Открывается с помощью подачи на управляющий электрод напряжения.

Симисторы – содержат два тиристора соединённых встречно-параллельно. Таким образом, одним компонентом можно коммутировать переменный ток, при прохождении верхней части (положительной) полуволны синусоиды, при условии наличия сигнала на управляющем, электроде откроется один из внутренних тиристоров. Когда полуволна сменит свой знак на отрицательный – он закроется и в работу вступит второй тиристор.

Динисторы – разновидность тиристора, без управляющего электрода, а открываются они, подобно стабилитронам, по преодолению определенного уровня напряжения. Часто используются в импульсных блоках питания, как пороговый элемент для запуска автогенераторов и в устройствах для регулировки напряжения.

Вот так, собственно это выглядит на схеме.

Внимательно смотрим на подключение. Схема предназначена для подключения к сети переменного тока, например 220 В, в разрыв одного из питающих проводов, например фазного (L). Симистор VS1 – основной силовой элемент цепи, справа внизу дана его распиновка из даташита, 3 вывод – управляющий. На него через двунаправленный динистор VD1 модели DB3 рассчитанный на напряжение включения порядка 30 вольт, подаётся управляющий сигнал.

Так как все полупроводниковые приборы в этой конкретной схеме двунаправленные, регулировка осуществляется по обеим полуволнам синусоиды. Динистор открывается, когда на конденсаторе C1 появляется необходимой величины потенциал (напряжение), а скорость его заряда, следовательно, момент открытия ключей, задаётся RC цепью, состоящей из R1, переменного резистора (потенциометра) R2 и С1.

Эта простая схем имеет огромное значение и прикладное применение.

Выводы

Благодаря умению читать схемы электрические принципиальные, вы можете определить:

1. Что делает это устройство, для чего оно предназначено.

2. При ремонте – номинал вышедшей из строя детали.

3. Чем питать это устройство, каким напряжением и родом тока.

4. Примерную мощность электронного устройства, исходя из номиналов компонентов силовых цепей.

Важно не только знать условные графические обозначения элементов, но и принцип их работы. Дело в том, то не всегда те или иные детали могут использоваться в привычной роли. Но в пределах сегодняшней статьи рассмотреть все распространенные элементы довольно сложно, так как это займет очень большой объем.

Смотртите также к на сайте:

• Особенности современных магнитных пускателей и их применение
• Чем короткое замыкание отличается от перегрузки
• 10 самых распространённых причин поломок электрооборудования

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Электрическая цепь

Электрический ток может возникнуть только в замкнутой электрической цепи. Электрическая цепь состоит как минимум из следующих составляющих: источника электрического тока, проводников и какого-нибудь электрического устройства. Источник тока всегда имеет два полюса — плюс и минус.

Одним выключателем мы можем замыкать и размыкать электрическую цепь.

Существуют различные виды механических выключателей. Например, кнопочный, как кнопка дверного звонка или планочный, как выключатель света в комнате.

Переключатель одновременно размыкает одну электрическую цепь и замыкает другую. Кроме механических переключателей существуют электрические, которые называются реле.

Условные обозначения

Для изображения сложных электрических цепей используют условные обозначения тех или иных электрических устройств и правила их соединения. Проводники электрического тока обозначаются прямыми линиями, которые всегда пересекаются под прямым углом. Если мы хотим показать, что в точке пересечения существует контакт проводников, то это место обозначается жирной точкой.

Проводники и изоляторы

Разные материалы имеют различную электропроводность. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро, медь, алюминий и железо. Не так хорошо проводят электрический ток уголь и кислоты. Плохими проводниками являются стекло, фарфор и искусственные материалы. Эти материалы используются при работе с электрическим током в качестве изоляторов.

Атомная структура и заряд

Любое тело состоит из атомов.

Каждый атом имеет ядро из положительно заряженных протонов и нейтрально заряженных нейтронов. Это ядро окружено отрицательно заряженными электронами. В целом атом электрически нейтрален, так как количество положительных и отрицательных частиц одинаково.

Рассмотрим эбонитовую палочку. Если мы потрем палочку о шелковый платок, то с нее часть электронов перейдет на платок. Таким образом, на палочке уменьшается количество отрицательно заряженных частиц. Равновесие нарушится, и палочка приобретет положительный заряд.

Из окружающего пространства положительно заряженная палочка начинает притягивать отрицательно заряженные частички пыли. Когда пылинки касаются палочки, электроны возвращаются на нее, и через некоторое время палочка снова становится электрически нейтральной.

Гроза

Грозовые облака образуются при определенных погодных условиях, когда теплый и влажный воздух быстро поднимается вверх, а холодные слои опускаются вниз.

Потоки теплого воздуха переносят частички воды вверх. При этом происходит разделение зарядов — точно такое же, как при трении эбонитовой палочки о шелковый платок. Воздушные течения поднимают положительно заряженные частички в верхнюю часть облака, в то время как отрицательный заряд концентрируется в его нижней части.

Таким образом, в большом грозовом облаке возникает огромная разница зарядов. Молния возникает в тот момент, когда заряды начинают перемещаться. При этом за очень короткое время протекает мощнейший электрический ток. Под его действием воздух нагревается и начинает интенсивно светиться. Большинство молний находится внутри облака.

Молния может возникнуть также между грозовым облаком и возвышенностью на поверхности Земли.

Благодаря выделению огромного количества энергии воздух вокруг молнии резко нагревается, расширяется и начинает быстро распространяться в виде волны. Эту ударную волну мы слышим как раскаты грома.

Направление тока

Металлы имеют определенное атомное строение, которое является причиной их хорошей электропроводности. Рассмотрим строение медной проволоки. Атомы меди расположены на одинаковом расстоянии один от другого, образуя атомную решетку. Вокруг каждого атома двигаются отрицательно заряженные свободные электроны, которые играют огромную роль для электропроводности металла.

Возьмем медную проволоку в качестве проводника в замкнутой электрической цепи. Тогда свободные электроны будут притягиваться положительным полюсом источника и одновременно отталкиваться от отрицательного полюса. В результате свободные электроны в медной проволоке движутся от отрицательного полюса источника к его положительному полюсу.

В источнике электрического тока электроны перемещаются от плюса к минусу под действием определенной химической реакции.
Когда в 18 веке открыли электрический ток, то об электронах не знали практически ничего. Действие электрического тока наблюдали только по внешним проявлениям, поэтому направление тока определили произвольно, от плюса к минусу. Такое направление тока называется техническим, и оно используется по сей день.

Сила тока, напряжение, сопротивление

Чтобы измерить электрический ток, необходимо узнать количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду. Эта величина называется силой тока и измеряется в амперах (A).

Если мы возьмем более сильный источник тока, то через поперечное сечение проводника пройдет большее количество заряженных частиц за одну секунду. Сила тока увеличилась, так как более мощный источник тока действует на электроны с большей силой притяжения. Эта сила притяжения источника тока называется электрическим напряжением и измеряется в вольтах (В).

Если заменить батарею постоянным источником тока, то можно определить воздействие электрического напряжения на силу тока.

Сила тока и напряжение зависят один от другого. Большее напряжение означает также и большую силу тока.

Любой материал обладает электрическим сопротивлением, которое характеризует способность материала препятствовать движению электрического тока. Это означает, что сила тока будет тем больше, чем меньше электрическое сопротивление материала при условии постоянного напряжения.

Это пропорциональное соотношение называется законом Ома: напряжение (U), деленное на силу тока (I), есть величина постоянная (R). Эта величина называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах. 1 ом равняется 1 вольту, деленному на 1 ампер.

Последовательное соединение

В гирлянде лампочки располагаются последовательно. Такое соединение называется последовательным соединением проводников.

Если замерить силу тока в такой цепи в любом ее месте, то амперметр будет показывать одну и ту же величину. В нашем случае это 0,2 ампера.

Вольтметр, в свою очередь, в разных точках показывает различные значения напряжения. Напряжение на отдельных лампочках суммируются в общее напряжение, равное 14 В. Это означает, что все потребители электрического тока должны делить эти 14 В между собой. Если мы, например, уберем из цепи 2 лампы с сопротивлением 20 Ом, то общее напряжение будет делиться на оставшиеся 3 лампы. Теперь на каждой лампе будет напряжение в 4,6 В.

Таким образом, общее сопротивление цепи рассчитывается следующим образом:

Параллельное соединение

Большинство домашних электрических приборов функционируют при напряжении 220 В. Они не могут быть подключены в цепь последовательно, так как тогда на каждый прибор будет приходиться напряжение намного меньшее, чем 220 В. Подобным образом можно подключить только один прибор, который будет работать в полную силу.

В связи с этим домашние приборы подключаются к источнику тока параллельно, что позволяет каждому прибору получить нужное напряжение — 220 В.

При параллельном подключении приборов на каждом приборе будет одинаковое напряжение в 220 В.

При помощи амперметра измерим силу тока на трех участках электрической цепи. Общая сила тока составляет 12,6 А. Сила тока на измеренных участках: I₁ = 3,5 A, I₂ = 8,7 A, I₃ = 0,4 A, что в сумме дает 12,6 А. Из этого следует, что при параллельном подключении общая сила тока равна сумме всех токов в цепи.

При параллельном подключении мы можем высчитать общее сопротивление и сопротивление на каждом отдельном участке цепи: R_общ = U_общ / I_общ и в нашем случае: R_общ = 220 / 12.6 = 17.5 Ом. Это сопротивление меньше, чем наименьшее отдельное сопротивление. Если мы хотим вычислить общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных частей, то нам необходимо произвести следующее суммирование: 1/R_общ = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. Так выглядит закон вычисления общего сопротивления для параллельного подключения.

Постоянный и переменный ток

Если мы используем батарею или аккумулятор в качестве источника напряжения, то мы получим постоянный ток в электрической цепи. В цепи постоянного тока электроны текут медленно и всегда в одном направлении: вне батареи от минусового полюса к плюсовому полюсу, а внутри батареи наоборот.

Для большинства электрических приборов не имеет значения, используется постоянный или переменный ток. В любом случае, электростанции поставляют переменный ток. При переменном токе источник напряжения регулярно меняет полярность. Напряжение, которое мы можем измерить в розетке, составляет 220 В и имеет частоту 50 Гц. Это значит, что ток меняет направление 100 раз за секунду. Электроны в переменном токе текут, постоянно меняя направление, то в одну, то в другую сторону.

Передавать электрическую энергию можно при помощи как постоянного, так и переменного тока. Использование переменного тока более выгодно, так как в этом случае потери энергии значительно снижаются.

Действие электрического тока

Если в цепь подключить кусок проволоки, то она скоро нагреется. Это нагревание происходит за счет движения электронов, которые, как говорят, «трутся» об атомы. Скорость и величина нагревания зависят от материала, из которого изготовлена проволока. Чем больше сопротивление материала, тем быстрее нагревается проволока.

Если мы хотим с помощью электрического тока нагреть электрическую плиту или утюг, то надо использовать материалы с высоким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Длинная проволока выделит больше тепла, чем короткая, но для удобства использования, ее надо свернуть в спираль.

Если на спираль накаливания подать большее напряжение, то вместе с теплом она будет давать и свет. Это явление используется с 1879 года, когда Эдисоном была изобретена лампочка накаливания.

Если напряжение слишком высокое, то проволока может расплавиться. Это связано с тем, что выделяется большое количество энергии, которого достаточно, чтобы расплавить проволоку.

Электрический ток способствует протеканию химических реакций в жидких проводниках. Примером жидких проводников являются кислоты, щелочи, растворы солей. Химическое действие электрического тока можно показать на следующем примере. Возьмем угольную палочку и железный гвоздь и опустим их в раствор хлорида меди. Эти, так называемые электроды, подключим к источнику напряжения. Гвоздь подсоединим к минусу, после чего будем называть его катодом, а угольную палочку — к плюсу, и назовем ее анодом.

Спустя некоторое время на поверхности угольной палочки начнут образовываться пузырьки газа, а поверхность железного гвоздя покроется коричневым налетом. Эту химическую реакцию вызвал электрический ток. Такой процесс называется электролизом.

В растворе хлорида меди перемещаются положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Ионами называются заряженные частички, которые притягиваются противоположным электродом. Там они отдают свой заряд и становятся нейтральными. Это означает, что хлорид-ионы перемещаются к угольной палочке, а ионы меди к гвоздю.

Когда ион меди подходит к металлическому гвоздю и получает два электрона, то он превращается в металлическую медь, которая осаждается на поверхности гвоздя. В свою очередь, хлорид-ион отдает электрон положительному угольному электроду и превращается в чистый хлор, который имеет газообразную форму и выделяется из раствора. Такой вид электролиза можно использовать для покрытия металлических изделий тонким слоем различных металлов. Подобный процесс называется гальванизацией.

В свободном состоянии стрелка компаса всегда показывает на север. Н если компас поместить под кабель, по которому течет электрический ток, то стрелка обязательно отклониться. Электричество и магнетизм тесно связаны. Это явление в 1820 году впервые открыл Кристиан Эрстед.

Электрические явления. Часть 2

Как осветить комнату с помощью лампочки, знает даже дошкольник. Однажды, нажав на кнопку выключателя и не дождавшись знакомого эффекта, он говорит: «Что-то света нет сегодня!». А разве свет попадает в наши квартиры по проводам? И можно ли сделать так, чтобы лампочка засветилась, если ее коснуться заряженной палочкой? Ответы на эти вопросы в этом уроке.

План урока:

Электрический ток. Источники тока

При касании двух электроскопов проводящим стержнем заряд частично с одного электроскопа переходит на другой. Происходит это в результате явления, которое называется электрическим током. Слово «ток» изначально означает «течение» или «движение». Сравнивают ток с течением реки, только движется в этом случае не вода.

Однако в опыте очень быстро происходит переход зарядов и количество их на обоих электроскопах уравнивается. Ток получается кратковременным и моментально прекращается. Если в самом начале эксперимента к проводнику прикрепить маленькую лампочку, она на короткий миг вспыхнет и тут же погаснет.

Когда говорят об электроэнергии дома, на транспорте, в промышленности, имеют в виду использование именно электрического тока. Если вдруг гаснут фонари, перестают работать электроприборы, останавливаются станки, это значит, что в проводах исчез ток.

Чтобы ток существовал, нужно:

• наличие носителей тока, то есть в веществе должны быть свободно перемещающиеся заряды;
• присутствие силы, которая заставляет заряды двигаться в заданном направлении.

Силой обладает электрическое поле, возникающее вокруг заряда. Для тока на длительное время требуются источники тока – это устройства, способные создать в проводящем веществе электрическое поле. Источники поддерживают в проводниках постоянный ток. Например, заряженная палочка источником тока не является, поэтому ее прикосновение не заставит лампочку светиться.

Управлять электричеством, создавать условия для электрического тока люди пытались в своих исследованиях давно. Первопроходцы изобретения источников тока: Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта.

Источник

Анатом и физиолог Л. Гальвани в 1786 г. заметил, что при касании лапок лягушки одновременно разных металлов, мышцы резко содрогались.

Источник

Гальвани назвал это явление «животным электричеством». Объяснить его смог А. Вольта. По его теории при контакте двух различных металлов, который происходил с помощью лапок лягушки, по телу ее проходил электрический ток. Лягушка представляла собой очень чувствительный электрометр. Вольта предложил заменить лягушку проводящей жидкостью. Но прежде Вольта провел опыт на себе. Он положил под язык и на язык монетки из разных металлов и соединил их тонкой проволокой. Во рту почувствовался специфический кисловатый вкус, который говорил о присутствии электрического тока.

В 1800 году вольта создал первый источник тока, так называемый вольтов столб. Он, взяв несколько пар пластинок из серебра и цинка, проложил между ними смоченные соленой водой картонки. Конструкцию выложил в столбик и к верхней и нижней пластинкам подсоединил провода. Получилось приспособление, поддерживающее электрический ток.

Вольтов столб Источник

Современные источники тока разнообразны. Но их объединяет наличие полюсов, на одном из них скапливаются заряды положительные, на другом – отрицательные. Если полюсы соединить проводами, образуется электрическое поле, свободные заряды начнут двигаться, создавая электрический ток

Источник

Во всех видах источников тока совершается работа по разделению зарядов на положительные и отрицательные, происходит превращение механической или внутренней энергии в электрическую:

• в электрофорной машине переход механической энергии вращающегося колеса;
• в термоэлементе превращение внутренней энергии нагревающихся спаянных проводов из разного металла;
• в фотоэлементе превращение энергии света (изучается в старших классах);
• в гальваническом элементе преобразование энергии химических реакций,

До сих пор часто используется гальванический элемент, называемый в быту батарейкой. Элемент имеет несложное строение. Основные его части:

• корпус из цинка;
• угольный стержень;
• раствор муки с нашатырем;
• мешочек со смесью угля и оксида марганца;
• смола.

Гальванический элемент Источник

Устройство гальванического элемента Источник

Угольный стержень помещен в мешочек со смесью оксида марганца и угля. Все это находится внутри цинкового цилиндра. Так называемый клейстер из нашатыря и муки служит прослойкой между мешочком и корпусом. В этой конструкции под действием нашатыря цинковый корпус приобретает отрицательный заряд, а стержень из угля — положительный, и может возникнуть электрический ток.

Электрическая цепь

Имея источник тока и провода, можно сделать так, чтобы заряды были исследованы и как-то использованы человеком. Для этого служат потребители, иначе приемники, электрического тока:

• фонари и осветительные лампы;
• электроплиты;
• электродвигатели;
• бытовые электроприборы;
• промышленные электрические устройства.

Источник тока, потребитель, провода и выключатель – вот минимум основных элементов, которые образуют простейшую электрическую цепь.

Источник

Установиться ток может только в замкнутой цепи. Если нужно остановить движение зарядов, выключатель размыкают, в цепи возникает разрыв и ток прекращается.

Перед сборкой цепи ее обычно изображают схематически, чтобы было понятно, из каких элементов она состоит, и как они соединены. Такое изображение называется схемой электрической цепи.

Источник

Для каждого элемента цепи придумано свое специальное обозначение

Условные обозначения на схеме просты и понятны. Одновременно они напоминают элементы цепи, например лампочка – кружок с крестиком внутри символизирует расходящиеся от центра светлые лучи. Около значка источника тока подписывают плюс и минус. Плюс пишется рядом с длинной палочкой, минус – около короткой.

На примере карманного фонарика можно увидеть разницу между схематическим изображением устройства и электрической схемой:

• а – фото фонарика;
• б – схематическое изображение фонарика (1 – корпус, 2 – кнопка выключателя, 3 – гальванические элементы, 4 – лампочка);

в – электрическая схема фонарика (содержит источник тока, лампочку (потребитель), выключатель и соединительные провода).

Источник

Электрический ток в металлах, полупроводниках, электролитах

Ток вовсе не означает, что каждая заряженная частица обязательно должна добраться от источника тока до потребителя, особенно, если речь идет о километровых проводах, передающих электрический ток от электростанций к местам потребления. Понять это можно, проведя аналогию с течением воды по трубам при открытии крана. Вода начинает течь везде одновременно, а из крана вытекает ближайшая к нему.

Что же представляет электрический ток в разных веществах?

Основные группы веществ, по которым движутся заряды, это:

• металлы;
• полупроводники;
• электролиты.

Твердые металлы по структуре обладают кристаллической решеткой, в узлах которой может находиться большое количество положительных ионов – атомов, от которых оторвались отрицательные электроны. Оторвавшиеся электроны являются свободными и беспорядочно блуждают по металлу.

При замыкании цепи вокруг металла создается электрическое поле, возникают силы, заставляющие свободные электроны двигаться в определенном направлении. Траектория движения электрона не будет прямой линией, так как на пути его находятся другие электроны и положительные ионы. Но общее направление тока будет соблюдаться

Растворы кислот, солей и щелочей содержат положительные и отрицательные ионы. Такие растворы были названы электролитами. Положительные – это атомы, потерявшие электрон, а отрицательные ионы – это атомы, получившие лишний электрон. Попадая в электрическое поле, эти ионы начинают упорядоченно двигаться.

Электрическая цепь с электролитом Источник

Для демонстрации тока в электролитах в раствор опускают две пластины. Одна соединяется с положительным полюсом источника тока, другая – с отрицательным. И движение ионов будет распределяться следующим образом:

Существуют вещества, у которых с ростом температуры или увеличением освещенности возникает возможность проводить электрический ток. Это происходит в результате увеличения энергии электронов. Они отрываются от атомов, становятся свободными носителями тока. Такие вещества называются полупроводниками (кремний, селен, германий и др.). В обычных условиях в полупроводниках тока нет.

Действия электрического тока

Движение заряженных частиц увидеть невозможно. Тогда как же обнаружить есть в цепи ток или нет? Наличие тока определяется по его действию:

• тепловому. Проводник с током нагревается;
• химическому. На опущенных в электролит проводниках в виде равномерного налета выделяются вещества, входящие в состав щелочей, кислот или солей;
• магнитному. Проводники при наличии в них тока притягивают железосодержащие предметы;
• физиологическому. Ток, проходя через живой организм приводит к сокращению мышц.

Жизнь человека сейчас невозможна без применения действий тока.

Тепловое действие используется:

в быту (электроплитки, кипятильники, чайники, утюги, электропечи, осветительные приборы и др.);

• в сельском хозяйстве (приготовление силоса, кормовые запарники, инкубаторы, обогрев теплиц, просушка льна и сена и др.);

Теплица

Инкубатор

в промышленности (электросварка, электросталеплавление).

Производство стали

Химическое действие тока применяют для выделения чистых веществ, покрытия ровным, тончайшим слоем металлических изделий. Водопроводные краны, чайники, кастрюли, ложки, самовары и другие изделия прошли во время изготовления через электрический ток в электролитах. Например, ложка, опущенная в раствор хлорида натрия или хлорного золота, делается позолоченной, если через раствор пропустить электрический ток. (Химические процессы, которые происходят в этом случае изучаются в старших классах).

Напыление на ложке

Работа электромагнитов основана на применении магнитного действия тока.

Подъем металлолома электромагнитом

Первые исследования электрического тока сделаны на основе его физиологического действия. Реакция лягушек на небольшие токи и ощущения самих экспериментаторов при прохождении небольшого тока через живое тело привели к созданию простейших источников тока.

Даже младшему школьнику известно, что ток может убить человека или животное. Но грамотное, научное использование электротока одновременно и помогает. Например, медицине в лечении различных заболеваний.

Запуск работы сердца

Электрические явления сопровождают современного человека повсюду. Но далеко еще не все изучено об электричестве. Его полезные и опасные свойства еще долго будут интересовать ученых и исследователей.