The voltage of a battery represents the force that makes electrons flow through a current in an electrical circuit. It measures potential energy, which is the amount of energy available to move electrons from one point to another in the circuit. The actual flow of the electrons through the circuit can be impeded by an opposing force called resistance. To calculate the amount of voltage a battery can provide, a mathematical formula is all you need.
Write out the formula to calculate the amount of voltage present in a circuit. The voltage present is equal to the amount of resistance times the current. The formula is: Voltage (E) = Current (I) x Resistance (R), or E = IR.
Substitute the values for the current and resistance for the variables in the equation. Current is measured in amperes, and resistance is measured in ohms. For example, if the the current were 6 amperes and the resistance were 3 ohms, the equation would be:
E = (3)(6).
Solve the equation for the amount of voltage, E. If the resistance were 3 ohms and the current were 6 amperes, the voltage supplied by the battery in this circuit would be 18 volts.
Как определить напряжение на батарее( источнике) ?
На этой странице вы найдете ответ на вопрос Как определить напряжение на батарее( источнике) ?. Вопрос
соответствует категории Физика и уровню подготовки учащихся 5 – 9 классов классов. Если ответ полностью не удовлетворяет критериям поиска, ниже можно
ознакомиться с вариантами ответов других посетителей страницы или обсудить с
ними интересующую тему. Здесь также можно воспользоваться «умным поиском»,
который покажет аналогичные вопросы в этой категории. Если ни один из
предложенных ответов не подходит, попробуйте самостоятельно сформулировать
вопрос иначе, нажав кнопку вверху страницы.
Основы электроники
Основы электроники и схемотехники начинаются с изучения последовательных и параллельных соединений электронных компонентов и их свойств.
Последовательное и параллельное соединение батарей
При последовательном соединении общее напряжение (Вольты) батареи равно сумме напряжений входящих в нее элементов. Получившаяся батарея будет иметь ту же емкость, что и одиночный элемент. При этом через все элементы будет течь одинаковый ток (Амперы), а максимально допустимый ток, который можно получить при разрядке батареи, равен максимальному току, который можно получить от одного элемента.
При параллельном соединении одинаковых элементов общее напряжение батареи (Вольты) будет равно напряжению одного элемента, а общий ток (Амперы) будет равен сумме токов каждого элемента. Емкость такой батареи равна сумме емкостей входящих в нее элементов.
Резюмируя, можно сказать, что последовательное соединение элементов в батарее увеличивает напряжение (Вольты), а параллельное соединение увеличивает ток (Амперы) и емкость (Амперы/Час).
На практике при создании BEAM-роботов своими руками чаще всего используют последовательно соединенные пальчиковые батареи по 1,5 вольта. Таким образом, три батареи дают 4,5 вольта, а четыре – 6 вольт.
Соединяют батареи как при помощи пайки, используя короткие отрезки проводов, так и применяя специальные отсеки для батарей.
Последовательное и параллельное соединение резисторов
При последовательном соединении общее сопротивление составного резистора будет равно сумме сопротивлений отдельных резисторов.
При параллельном соединении величина обратная полному сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлений ветвей.
При использовании такого соединения резисторов, через каждый резистор потечет свой ток. Сила этого тока для каждого резистора будет обратно пропорциональна его сопротивлению. Таким образом, общая проводимость участка цепи с параллельным соединением резисторов увеличится, а его общее сопротивление наоборот уменьшится.
Для расчета сопротивления двух параллельно соединенных резисторов формула примет следующий вид:
Для трех:
При параллельном соединении двух одинаковых резисторов, их общее сопротивление будет равным половине сопротивления одного из резисторов:
Для N одинаковых резисторов:
Для параллельно подсоединенных резисторов с различным сопротивлением, их общее сопротивление окажется всегда меньше самого маленького из сопротивлений.
Если резисторы на участке цепи соединены между собой частично параллельно, а частично последовательно, то такое соединение называют смешанным. В зависимости от итогового типа соединения, смешанные соединения могут быть параллельного и последовательного типов.
Соединение резисторов
Используя приведеные выше формулы, мы можем, например, из трех резисторов получить сборки с шестью различными сопротивлениями. Рассмотрим это на примере трех резисторов с сопротивлением 1К (1 килоом) каждый.
Соединение конденсаторов
Для параллельного соединения конденсаторов, их общая емкость складывается. При этом допустимое напряжение для всего набора конденсаторов будет равно самому малому значению допустимого напряжения из всего набора.
При последовательном соединении уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов.
Общее напряжение в данном случае будет равно сумме всех напряжений конденсаторов.
Закон Ома
Для вычисления напряжения, тока и сопротивления в цепи используют самый главный закон в электронике и электротехнике, который был эмпирически открыт в 1826 году Георгом Омом и получил его имя.
Соглано закону Ома для участка цепи, сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:
Где
I – величина тока, протекающего через участок цепи;
U – величина приложенного напряжения к участку цепи;
R – величина сопротивления рассматриваемого участка цепи.
При помощи второго варианта закона Ома для участка цепи можно вычислить приложенное напряжение к участку цепи, если мы знаем величину тока, протекающего через участок, и сопротивление этого участка.
Третий вариант закона Ома для участка цепи, позволяет вычислить сопротивление участка цепи по известным величинам напряжения и тока.
Используя третий вариант закона Ома можно, например, расчитать сопротивление ограничительного резистора для подключения светодиода к электрической цепи с напряжением, превышающим рабочее напряжение светодиода.
Подключение светодиодов
Предположим, что мы хотим подключить светодиод с рабочим напряжением 2В (2 вольта) и потреблением тока 20mA (20 миллиампер) к электрической батарее с напряжением 6В (6 вольт). Нам необходимо расчитать сопротивление ограничительного резистора. Падение напряжения на резисторе должно составлять 6В – 2В = 4В. Так как сила тока на всех участках цепи одинаковая, значит на нашем резисторе будет столько же ампер, сколько и на светодиоде, а именно 20mA = 0,02A. Используя закон Ома вычислим сопротивление резистора.
Сопротивление ограничительного резистора лучше выбирать с небольшим запасом. В нашем случае оно может быть 220 Ом.
Подключение светодиода
Основы схемотехники
При создании схем следует помнить о том, что можно разветвлять проводники, но нельзя соединять напрямую проводники, по которым могут проходить сигналы с разными значениями, иначе возникнет короткое замыкание.
Как определить напряжение на батарее (источнике) ?
Найдите правильный ответ на вопрос ✅ «Как определить напряжение на батарее (источнике) ? …» по предмету 📘 Физика, а если вы сомневаетесь в правильности ответов или ответ отсутствует, то попробуйте воспользоваться умным поиском на сайте и найти ответы на похожие вопросы.
Смотреть другие ответы
Вы уже знаете, что есть два типа соединения элементов электрической цепи: последовательный и параллельный. Последовательно мы подключали в цепь амперметр, а параллельно — вольтметр.
На данном уроке мы более подробно рассмотрим последовательное соединение. Мы будем использовать сразу несколько потребителей электроэнергии и узнаем, каким закономерностям подчиняются уже известные нам величины (сила тока, сопротивление и напряжение) при таком соединении элементов в цепи.
Последовательное включение элементов в электрическую цепь
Соберем электрическую цепь. Последовательно соединим две электролампы, два источника тока и ключа (рисунок 1).
Обратите внимание, что при таком подключении аккумуляторов соблюдается определенная полярность подключения: провод, идущий от положительного полюса одного аккумулятора необходимо соединить с отрицательным полюсом другого аккумулятора. И, наоборот, провод идущий от отрицательного полюса одного аккумулятора соединяется с положительным полюсом другого.
Если в такой цепи попытаться выключить только одну лампу, то погаснет и вторая.
Схема этой электрической цепи показана на рисунке 2.
В такую цепь мы можем подключить еще несколько ламп или некоторое количество других потребителей электроэнергии. Поэтому все закономерности, которые мы рассмотрим далее, будут справедливы для любого количества последовательно подключенных в цепь проводников.
Сила тока в цепи при последовательном соединении проводников
При изучении силы тока мы измеряли ее на различных участках электрической цепи (рисунок 3). Полученные с помощью амперметра значения силы тока были одинаковы.
При этом все элементы у нас были соединены последовательно. Сделаем вывод.
При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же:
$I = I_1 = I_2 = … = I_n$.
Сопротивление в цепи при последовательном соединении проводников
Как найти общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных проводников, при последовательном соединении?
Давайте порассуждаем. В цепи был один проводник с определенным сопротивлением. Мы последовательно подключаем второй. Представим эти два проводника в виде одного элемента цепи. Тогда получается, что, подсоединив второй проводник, мы увеличили длину первого.
Сопротивление же зависит от длины проводника. Поэтому суммарное сопротивление цепи будет точно больше сопротивления одного проводника.
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи):
$R = R_1 + R_2 + … + R_n$.
На схемах электрических цепей последовательное соединение нескольких проводников изображается так, как показано на рисунке 4.
Напряжение в цепи при последовательном соединении проводников
Используя закон Ома для участка цепи, мы можем найти напряжение и на концах этих участков:
$U_1 = IR_1$,
$U_2 = IR_2$,
…
$U_n = IR_n$.
Получается, что напряжение будет тем больше, чем больше сопротивление на участках цепи. Сила тока же везде будет одинакова.
Как найти напряжение участка цепи, состоящего из последовательно соединенных проводников, зная напряжение на каждом?
Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:
$U = U_1 + U_2 + … + U_n$.
Полное напряжение в цепи и закон сохранения энергии
Давайте вспомним, что напряжение определяется работой электрического тока. Эта работа совершается при прохождении по участку цепи электрического заряда, равного $1 space Кл$:
$U = frac{A}{q}$.
За счет чего совершается эта работа? Мы уже говорили, что электрическое поле обладает некоторой энергией. Именно за счет нее и идет совершение работы.
Такая работа совершается на каждом участке цепи, которую мы рассматриваем. Пользуясь законом сохранения энергии, мы можем сделать следующий вывод.
Энергия, израсходованная на всей цепи, равна сумме энергий, которые расходуются на отдельных ее участках (проводниках).
Пример задачи
Два проводника сопротивлением $R_1 = 2 space Ом$ и $R_2 = 3 space Ом$ соединены последовательно. Сила тока в цепи равна $1 space А$. Определите сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.
Так как проводники соединены последовательно, мы будем использовать формулы, полученные на данном уроке.
Дано:
$R_1 = 2 space Ом$
$R_2 = 3 space Ом$
$I = 1 space А$
$R — ?$
$U_1 — ?$
$U_2 — ?$
$U — ?$
Решение:
Общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивлений составляющих ее проводников:
$R = R_1 + R_2$.
Рассчитаем его:
$R = 2 space Ом + 3 space Ом = 5 space Ом$.
Сила тока на всех участках цепи будет одинакова и равна $1 space А$.
Запишем закон Ома для участка цепи с первым проводником и выразим из него напряжение на концах первого проводника:
$I = frac{U_1}{R_1}$,
$U_1 = IR_1$.
Рассчитаем его:
$U_1 = 1 space А cdot 2 space Ом = 2 space В$.
Так же рассчитаем напряжение на концах второго проводника:
$I = frac{U_2}{R_2}$,
$U_2 = IR_2$,
$U_2 = 1 space А cdot 3 space Ом = 3 space В$.
При последовательном соединении проводников полное напряжение в цепи мы можем рассчитать двумя способами.
Способ №1
Напряжение на всей цепи равно сумме напряжений на концах проводников в этой цепи:
$U = U_1 + U_2$,
$U = 2 space В + 3 space В = 5 space В$.
Способ №2
Мы уже знаем общее сопротивление двух проводников. Получается, что эти два проводника мы можем представить как один целый. Используем закон Ома для участка цепи:
$I = frac{U}{R}$,
$U = IR$,
$U = 1 space А cdot 5 space Ом = 5 space В$.
Ответ: $R = 5 space Ом$, $U_1 = 2 space В$, $U_2 = 3 space В$, $U = 5 space В$.
Упражнения
Упражнение №1
Цепь состоит из двух последовательно соединённых проводников, сопротивление которых $4 space Ом$ и $6 space Ом$. Сила тока в цепи равна $0.2 space А$. Найдите напряжение на каждом из проводников и общее напряжение.
Дано:
$R_1 = 4 space Ом$
$R_2 = 6 space Ом$
$I = 0.2 space А$
$U_1 — ?$
$U_2 — ?$
$U — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Используя закон Ома для участка цепи, мы рассчитаем значения напряжения на концах первого и второго проводников. Сила тока на всех участках цепи одинакова.
Напряжение на концах первого проводника:
$I = frac{U_1}{R_1}$,
$U_1 = IR_1$,
$U_1 = 0.2 space А cdot 4 space Ом = 0.8 space В$.
Напряжение на концах второго проводника:
$I = frac{U_2}{R_2}$,
$U_2 = IR_2$,
$U_2 = 0.2 space А cdot 6 space Ом = 1.2 space В$.
Общее напряжение будет равно сумме напряжений на концах каждого проводника:
$U = U_1 + U_2$,
$U = 0.8 space В + 1.2 space В = 2 space В$.
Ответ: $U_1 = 0.8 space В$, $U_2 = 1.2 space В$, $U = 2 space В$.
Упражнение №2
Для электропоездов применяют напряжение, равное $3000 space В$. Как можно использовать для освещения вагонов лампы, рассчитанные на напряжение $50 space В$ каждая?
Такие лампы можно соединить последовательно в одну цепь. Главное, чтобы их суммарное напряжение не превышало общее. Рассчитаем количество таких ламп, которое мы можем включить в цепь.
Дано:
$U = 3000 space В$
$U_1 = 50 space В$
$n — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Все лампы будут иметь одинаковое напряжение в $50 space В$. Напряжение на всей цепи равно сумме напряжений на каждой лампе. Тогда:
$n = frac{U}{U_1}$,
$n = frac{3000 space В}{50 space} = 60$.
Получается, что в таком электропоезде мы можем разместить 60 ламп для освещения вагонов, соединив их последовательно.
Ответ: при последовательном соединении мы можем использовать $n = 60$ ламп.
Упражнение №3
Две одинаковые лампы, рассчитанные на $220 space В$ каждая, соединены последовательно и включены в сеть с напряжением $220 space В$. Под каким напряжением будет находиться каждая лампа?
Дано:
$U = 220 space В$
$U_1 — ?$
$U_2 — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Лампы соединены последовательно. Значит, $U = U_1 + U_2$.
Если лампы одинаковые, то они имеют одинаковые сопротивления $R$. Сила тока тоже одинакова в каждой лампе. Из этого мы можем сделать вывод, что напряжение на лампах будет одинаковым:
$U_1 = IR$, $U_2 = IR$, $U_1 = U_2$.
Тогда мы можем записать следующее:
$U = U_1 + U_2 = 2U_1$.
Рассчитаем напряжение на одной лампе:
$U_1 = U_2 = frac{U}{2}$,
$U_1 = U_2 = frac{220 space В}{2} = 110 space В$.
Ответ: $U_1 = U_2 = 110 space В$.
Упражнение №4
Электрическая цепь состоит из источника тока — батареи аккумуляторов, создающей в цепи напряжение, равное $6 space В$, лампочки от карманного фонаря с сопротивлением в $13.5 space Ом$, двух спиралей c сопротивлением $3 space Ом$ и $2 space Ом$, ключа и соединительных проводов. Все детали цепи соединены последовательно. Начертите схему цепи. Определите силу тока в цепи, напряжение на концах каждого из потребителей тока.
Схема такой цепи изображена на рисунке 5.
Дано:
$U = 6 space В$
$R_1 = 13.5 space Ом$
$R_2 = 3 space Ом$
$R_3 = 2 space Ом$
$I — ?$
$U_1 — ?$
$U_2 — ?$
$U_3 — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Сначала рассчитаем общее сопротивление на всей цепи:
$R = R_1 + R_2 + R_3$,
$R = 13.5 space Ом + 3 space Ом + 2 space Ом = 18.5 space Ом$.
Теперь используем закон Ома для того, чтобы рассчитать силу тока в цепи:
$I = frac{U}{R}$,
$I = frac{6 space В}{18.5 space Ом} approx 0.32 space А$.
Сила тока на каждом участке цепи при последовательном соединении элементов будет одинакова. Теперь мы будем использовать закон Ома отдельно для каждого проводника.
Рассчитаем напряжение на лампочке от карманного фонаря:
$U_1 = IR_1$,
$U_1 = 0.32 space А cdot 13.5 space Ом approx 4.3 space В$.
Рассчитаем напряжение на первой спирали:
$U_2 = IR_2$,
$U_2 = 0.32 space А cdot 3 space Ом approx 1 space В$.
Рассчитаем напряжение на второй спирали:
$U_3 = IR_3$,
$U_3 = 0.32 space А cdot 2 space Ом approx 0.6 space В$.
Ответ: $I approx 0.32 space А$, $U_1 approx 4.3 space В$, $U_2 approx 1 space В$, $U_3 approx 0.6 space В$.
