Jak rezistor ovlivňuje napětí?

V tomto článku se podíváme na rezistor a jeho interakci s napětím a proudem, který jím prochází. Naučíte se, jak vypočítat odpor pomocí speciálních vzorců. Článek také ukazuje, jak lze speciální odpory použít jako senzor světla a teploty. Konceptualizace elektřiny Začátečník by měl být schopen vizualizovat elektrický proud. I když chápete, že elektřina se skládá z elektronů pohybujících se vodičem, je stále velmi obtížné si ji jasně představit. Proto nabízím tuto jednoduchou analogii s vodním systémem, který si každý snadno představí a pochopí, aniž by se pouštěl do zákonů. Všimněte si, že elektrický proud je podobný průtoku vody z plné nádrže (vysoké napětí) do prázdné nádrže (nízké napětí). V této jednoduché analogii vody a elektrického proudu je ventil analogický s odporem omezujícím proud.
Z této analogie můžete odvodit některá pravidla, která byste si měli navždy zapamatovat:
– Kolik proudu teče do uzlu, tolik z něj vytéká
— Aby proud procházel, musí být na koncích vodiče různé potenciály.
— Množství vody ve dvou nádobách lze přirovnat k nabití baterie. Když se hladina vody v různých nádobách shodne, přestane téct, a když se baterie vybije, nebude mezi elektrodami žádný rozdíl a přestane téct proud.
– Elektrický proud se bude zvyšovat se snižujícím se odporem, stejně jako se zvyšuje rychlost proudění vody se snižujícím se odporem ventilu. Mohl bych napsat mnoho dalších závěrů založených na této jednoduché analogii, ale jsou popsány v Ohmově zákoně níže. Rezistor Rezistory lze použít k řízení a omezení proudu, proto je hlavním parametrem rezistoru jeho odpor, který se měří v Omaha. Neměli bychom zapomínat na výkon rezistoru, který se měří ve wattech (W) a ukazuje, kolik energie může rezistor rozptýlit, aniž by se přehříval a shořel. Je také důležité poznamenat, že rezistory se nepoužívají pouze k omezení proudu, ale mohou být také použity jako dělič napětí k výrobě nižšího napětí z vyššího. Některé senzory jsou založeny na tom, že odpor se mění v závislosti na osvětlení, teplotě nebo mechanickém vlivu, to je podrobně napsáno na konci článku; Ohmův zákon Je jasné, že tyto 3 vzorce jsou odvozeny ze základního vzorce Ohmova zákona, ale musí se naučit rozumět složitějším vzorcům a diagramům. Měli byste být schopni porozumět a představit si význam kteréhokoli z těchto vzorců. Například druhý vzorec ukazuje, že zvýšení napětí bez změny odporu povede ke zvýšení proudu. Zvýšení proudu však nezvýší napětí (i když je to matematicky pravda), protože napětí je potenciální rozdíl, který vytvoří elektrický proud, nikoli naopak (viz analogie 2 vodní nádrže). Vzorec 3 lze použít k výpočtu odporu omezovacího odporu proudu při známém napětí a proudu. To jsou jen příklady, které ukazují důležitost tohoto pravidla. Jak je používat, se naučíte sami po přečtení článku. Sériové a paralelní zapojení rezistorů Pochopení důsledků zapojení rezistorů paralelně nebo sériově je velmi důležité a pomůže vám pochopit a zjednodušit obvody pomocí těchto jednoduchých vzorců pro sériový a paralelní odpor: V tomto příkladu obvodu jsou R1 a R2 zapojeny paralelně a mohou být nahrazeny jedním rezistorem R3 podle vzorce:

V případě 2 paralelně zapojených rezistorů lze vzorec napsat takto:
Kromě použití ke zjednodušení obvodů lze tento vzorec použít k vytvoření hodnot rezistoru, které nemáte.
Všimněte si také, že hodnota R3 bude vždy menší než hodnota ostatních 2 ekvivalentních rezistorů, protože přidání paralelních rezistorů poskytuje další cesty
elektrický proud, snižující celkový odpor obvodu. Sériově zapojené rezistory mohou být nahrazeny jediným rezistorem, jehož hodnota bude rovna součtu těchto dvou, vzhledem k tomu, že toto zapojení poskytuje dodatečný proudový odpor. Ekvivalentní odpor R3 se tedy vypočítá velmi jednoduše: R₃=R₁+R₂ Pro výpočet sériových a paralelních zapojení rezistorů jsou na internetu pohodlné online kalkulačky. Rezistor omezující proud Nejzákladnější úlohou odporů omezujících proud je řídit proud, který bude protékat zařízením nebo vodičem. Abychom pochopili, jak fungují, podívejme se nejprve na jednoduchý obvod, kde je lampa přímo připojena k 9V baterii. Lampa, stejně jako každé jiné zařízení, které spotřebovává elektřinu k provedení konkrétního úkolu (např. vyzařování světla), má vnitřní odpor, který určuje její aktuální spotřebu. Od této chvíle tedy může být jakékoli zařízení nahrazeno ekvivalentním odporem. Nyní, když bude lampa považována za rezistor, můžeme použít Ohmův zákon k výpočtu proudu, který jí prochází. Ohmův zákon říká, že proud procházející rezistorem se rovná rozdílu napětí na něm dělenému odporem rezistoru: I=V/R nebo přesněji:
Já = (V₁-V₂) / R.
kde (V₁-V₂) je rozdíl napětí před a za rezistorem. Nyní se podívejte na obrázek výše, kde byl přidán odpor omezující proud. Omezí proud jdoucí do lampy, jak název napovídá. Velikost proudu procházejícího lampou můžete ovládat jednoduše výběrem správné hodnoty R1. Velký rezistor výrazně sníží proud, zatímco malý rezistor sníží proud méně silně (stejně jako v naší analogii s vodou). Matematicky to bude napsáno takto:
Ze vzorce vyplývá, že proud bude klesat, pokud se zvýší hodnota R1. K omezení proudu lze tedy použít další odpor. Je však důležité poznamenat, že to způsobuje zahřívání rezistoru a musíte správně vypočítat jeho výkon, o kterém bude řeč později. Pro výpočet odporu omezujícího proud LED můžete použít online kalkulačku. Rezistory jako dělič napětí Jak název napovídá, rezistory lze použít jako dělič napětí, jinými slovy, lze je použít ke snížení napětí jeho dělením. Vzorec:
Pokud mají oba odpory stejnou hodnotu (R₁=R₂=R), pak vzorec může být zapsán takto:
Dalším běžným typem děliče je, když je jeden rezistor připojen k zemi (0V), jak je znázorněno na obrázku 6B.
Nahrazením Vb 0 ve vzorci 6A dostaneme:
Uzlová analýza Nyní, když začínáte pracovat s elektronickými obvody, je důležité umět je analyzovat a vypočítat všechna potřebná napětí, proudy a odpory. Existuje mnoho způsobů, jak studovat elektronické obvody, a jednou z nejběžnějších metod je uzlová metoda, kdy jednoduše aplikujete sadu pravidel a krok za krokem vypočítáte všechny potřebné proměnné. Zjednodušená pravidla pro analýzu uzlů Definice uzlu Uzel je jakýkoli spojovací bod v řetězci. Body, které jsou vzájemně propojeny, bez dalších komponent mezi nimi, jsou považovány za jeden uzel. Za jeden uzel se tedy považuje nekonečný počet vodičů do jednoho bodu. Všechny body, které jsou seskupeny do jednoho uzlu, mají stejná napětí. Definice pobočky Větev je soubor 1 nebo více komponent zapojených do série a všechny komponenty, které jsou zapojeny do série k tomuto obvodu, jsou považovány za jednu větev. Všechna napětí se obvykle měří vůči zemi, což je vždy 0 voltů. Proud vždy teče z uzlu s vyšším napětím do uzlu s nižším. Napětí v uzlu lze vypočítat z napětí v blízkosti uzlu pomocí vzorce:
V₁-V₂=I₁* (R₁)
Pojďme se přesunout:
V₂=V₁-(I₁*R₁)
Kde V₂ je požadované napětí, V₁ je referenční napětí, které je známé, I₁ proud tekoucí z uzlu 1 do uzlu 2 a R₁ představuje odpor mezi 2 uzly. Stejným způsobem jako v Ohmově zákoně lze určit proud větve, pokud je známo napětí 2 sousedních uzlů a odpor:
I ₁= (V₁-V₂) / R.₁ Aktuální vstupní proud uzlu se rovná aktuálnímu výstupnímu proudu, takže jej lze zapsat jako: I ₁+ I₃=I₂ Je důležité, abyste byli schopni porozumět významu těchto jednoduchých vzorců. Například na obrázku výše proud teče z V1 do V2, a proto by napětí V2 mělo být menší než V1.
Použitím vhodných pravidel ve správný čas můžete okruh rychle a snadno analyzovat a pochopit. Této dovednosti je dosaženo praxí a zkušenostmi. Výpočet požadovaného výkonu rezistoru Při nákupu rezistoru si můžete položit otázku: Jaké výkonové rezistory chcete? nebo mohou dát 0.25W odpory, protože jsou nejoblíbenější.
Pokud pracujete s odporem větším než 220 ohmů a váš zdroj poskytuje 9V nebo méně, můžete pracovat s odpory 0.125W nebo 0.25W. Ale pokud je napětí vyšší než 10V nebo hodnota odporu je menší než 220 ohmů, musíte vypočítat výkon odporu, jinak může spálit a zničit zařízení. Pro výpočet požadovaného výkonu rezistoru musíte znát napětí na rezistoru (V) a proud, který jím protéká (I):
P=I*V
kde se proud měří v ampérech (A), napětí ve voltech (V) a P – ztrátový výkon ve wattech (W) Na fotografii jsou rezistory různých výkonů, liší se především velikostí. Typy rezistorů Rezistory mohou být různé, od jednoduchých proměnných odporů (potenciometrů) až po ty, které reagují na teplotu, světlo a tlak. Některé z nich budou diskutovány v této části. Variabilní odpor (potenciometr) Výše uvedený obrázek ukazuje schematické znázornění proměnného rezistoru. Často bývá označován jako potenciometr, protože jej lze použít jako dělič napětí. Liší se velikostí a tvarem, ale všechny fungují stejně. Svorky vpravo a vlevo jsou ekvivalentní pevnému bodu (jako je Va a Vb na obrázku nahoře vlevo) a prostřední svorka je pohyblivá část potenciometru a používá se také ke změně poměru odporu levého a levého pravé terminály. Potenciometr je tedy dělič napětí, který lze nastavit na libovolné napětí od Va do Vb.
Proměnný odpor lze navíc použít jako odpor omezující proud připojením kolíků Vout a Vb, jak je znázorněno na obrázku výše (vpravo). Představte si, jak proud bude protékat odporem z levé svorky doprava, dokud nedosáhne pohyblivé části a protéká podél ní, zatímco do druhé části proudí velmi malý proud. Pomocí potenciometru tedy můžete upravit proud jakýchkoli elektronických součástek, například lampy. LDR (Light Sensing Resistors) a termistory Existuje mnoho odporových senzorů, které reagují na světlo, teplotu nebo tlak. Většina z nich je zahrnuta jako součást děliče napětí, který se mění v závislosti na odporu rezistorů, který se mění pod vlivem vnějších faktorů.
Termistory
Fotorezistor (LDR) Jak můžete vidět na obrázku 11A, fotorezistory se liší velikostí, ale všechny jsou to odpory, jejichž odpor se při vystavení světlu snižuje a ve tmě se zvyšuje. Bohužel fotorezistory reagují poměrně pomalu na změny v úrovních světla a mají poměrně nízkou přesnost, ale jsou velmi snadno použitelné a oblíbené. Typicky se odpor fotorezistorů může lišit od 50 ohmů na slunci až po více než 10 megaohmů v absolutní tmě. Jak jsme již řekli, změnou odporu se změní napětí z děliče. Výstupní napětí lze vypočítat pomocí vzorce:
Pokud předpokládáme, že odpor LDR se pohybuje od 10 MΩ do 50 Ω, pak V_out bude od 0.005V do 4.975V. Termistor je podobný fotorezistoru, nicméně termistory mají mnohem více typů než fotorezistory, například termistor může být buď termistor se záporným teplotním koeficientem (NTC), jehož odpor klesá s rostoucí teplotou, nebo kladný teplotní koeficient (PTC) , jehož odpor se bude zvyšovat s rostoucí teplotou. Nyní termistory reagují na změny parametrů prostředí velmi rychle a přesně. Označení obvodu rezistorů O určení hodnoty odporu pomocí barevného kódování si můžete přečíst zde. Původní článek

Tagy:

Shpakunov A. Publikováno: 2012 0 2

Odměna, kterou jsem nasbíral 0 2

Ohodnoťte tento článek

• Technická gramotnost

Čím větší je odpor zařízení připojeného k obvodu, tím větší je napětí. Jak odpor ovlivňuje napětí na molekulární úrovni? Opravte mě, pokud se mýlím, jsem nováček.

• Otázka byla položena před více než třemi lety
• 10734 zobrazení

Komentář
Řešení otázky 1

Kurátor arménského rádia @gbg Tag Electronics
Jakékoli odpovědi na jakékoli otázky

Podle vašich otázek byste si měli prohlédnout učebnice fyziky pro 7. až 11. ročník střední školy.

Tvrzení, které jsi napsal v textu otázky, je důsledkem Ohmova zákona pro úplný obvod, ale není primárním tvrzením, ze kterého lze snadno vysvětlit povahu elektrického odporu.

Nejsnáze pochopitelný případ je elektrický odpor kovu:

Vysoká elektrická vodivost kovů je dána tím, že obsahují velké množství proudových nosičů – vodivostních elektronů, vzniklých z valenčních elektronů atomů kovů, které nepatří konkrétnímu atomu. Elektrický proud v kovu vzniká vlivem vnějšího elektrického pole, které způsobuje uspořádaný pohyb elektronů. Elektrony pohybující se vlivem pole jsou rozptýleny na nehomogenitách iontové mřížky (nečistoty, defekty mřížky, ale i narušení periodické struktury spojené s tepelnými vibracemi iontů). V tomto případě elektrony ztrácejí hybnost a energie jejich pohybu se přeměňuje na vnitřní energii krystalové mřížky, což vede k zahřívání vodiče, když jím prochází elektrický proud.

V jiných médiích (polovodiče, dielektrika, elektrolyty, nepolární kapaliny, plyny atd.) může být fyzikální příčina odporu odlišná v závislosti na povaze nosičů náboje. Lineární vztah vyjádřený Ohmovým zákonem není ve všech případech dodržen.

Tyto jsou z Wikipedie.

Pro usnadnění uvažování budeme předpokládat, že napětí je v tomto případě primární – tvoří elektrické pole, které nutí nosiče náboje protlačovat látku. V závislosti na tom, jak vodivá je tato látka, vzniká proud o různé síle

Někdy je užitečné použít instalatérskou analogii – v tomto případě je odporem vodovodní kohoutek, který není zcela otevřený, a napětí je přetlak v potrubí před a za kohoutkem ve srovnání s atmosférickým tlakem.

Napětí na odporu je rozdíl v přetlaku. Při zavřeném kohoutku se tedy velikost tohoto rozdílu rovná tlaku v přívodu vody postupným otevíráním kohoutku snižujeme přetlakový rozdíl při plném otevření, klesne na nulu;

Odpověď napsaná před více než třemi lety
Jako 5 1 komentář
totorialman @totorialman Autor otázky
Děkuju. Jsem stále na střední škole.
Odpovědi na otázku 2

Sergey P @trapwalker
Programátor, nadšenec

Ale líbí se mi jiná metafora.
Představte si, že máte ve škole dlouhou chodbu (toto je dirigent).
Chodba je plná školáků, kteří se v ní potulují tam a zpět (to jsou elektrony). Průměrně je proud v chodbě nulový.
Najednou (zazvonil zvonek) a do chodby začali z jednoho konce vtrhnout noví školáci, hnáni touhou dostat se sakra pryč ze třídy (bez „baterií“). Energie školáků je potenciál. Jiné je to na začátku a na konci chodby.
Školáci se tisknou na jednom konci a druhý konec chodby je otevřený do ulice (plus).

Potenciální (tlakový) rozdíl mezi začátkem a koncem koridoru je napětí.
Představte si, že před zvoněním byly na chodbě náhodně umístěny židle.
Židle překážejí – to je odpor. Školáci klopýtají, rozbíjejí židle a napínají situaci (na to je vynaložena část energie školákovy touhy jít ven).
Čím více židlí, tím větší je rozdíl v tlaku mezi studenty mezi začátkem a koncem chodby.

To byl Ohmův zákon pro část obvodu.
Snáze se to vysvětluje na příkladu školáků než na příkladu hydrauliky. Totéž lze říci o polovodičích, tranzistorech a Kirchhoffově pravidle. cokoliv.

Odpověď napsaná před více než třemi lety
Jako 14 16 komentáře

uvelichitel @uvelichitel
Co je aktuální v této metafoře?
Boris Köln @BorisKorobkov
uvelichitel, síla proudu = kolik školáků projde dveřmi na konci chodby za 1 sekundu

Sergey P @trapwalker
Boris Korobkov, nebo přes část chodby, ano.
totorialman @totorialman Autor otázky

Pomocí Ohmova zákona můžete vypočítat proud v obvodu. Bude proud na konci okruhu nebo na začátku? Nebo co je maximum, co může projít okruhem?

Sergey P @trapwalker

totorialman, Síla proudu v obvodu je vždy stejná. Školáci chodí v hustém balení, nemohou se zahustit ani uvolnit (jsou to speciální školáci). V okruhu nemáme žádné nádoby (kondenzátory), kde by se mohli hromadit školáci. Proto bude proud ve všech bodech koridoru stejný. Kolik školáků se „proklikalo“ východem, tolik se proklikalo u vchodu.

totorialman @totorialman Autor otázky
Sergey Pankov, A kvůli čemu se dělají, řekněme, žárovky v okruhu?

Sergey P @trapwalker

totorialman, Chodba má nízký odpor. Židlí je tam málo, školáci tudy proudí v hustém davu bez většího rušení a hluku.
Pokud ale někde na chodbě vytvoříte plochu s větším odporem (více zaneřáděnou židlemi), školáci ji s velkým řevem profiltrují.

Hrozný dav a blbost v tomto zúžení může dokonce vést ke kolapsu. Úzké místo bude zcela zaplněno troskami. Odpor sekce se zvýší do nekonečna a školákům se úplně zastaví proud.
Napětí podél okrajů „rozbité“ oblasti bude téměř stejné jako podél okrajů velké, prostorné chodby. Téměř – to je mínus nepatrný pokles napětí na stále nenulovém odporu této prostorné chodby. Ale o tom to není.

Hluk a chaos na úzkém místě je práce. Vlákno žárovky je část vodiče, která se zahřívá (vlivem proudu), dokud se nerozsvítí.
Pokles napětí na zátěži je rozdíl v potenciálu (tlak davu) před a po „konstrikci“.

V určitém okamžiku se metafora s dalším objasněním začíná vyčerpávat.
Školáci, už máme málo stlačitelnou tuhou kapalinu. Zde již hydraulika vypadá mnohem známěji. Voda je na rozdíl od školáků téměř nestlačitelná a neroztažitelná. Pojďme dále pochopit hydrauliku.

Pokud jste používali Karcher, víte. že proud z něj vycházející je teplý nebo dokonce horký, protože při průchodu pod vysokým tlakem úzkým otvorem se voda velmi intenzivně otírá o jeho stěny a zahřívá je. Proud (množství vody za jednotku času procházející úsekem) je evidentně stejný buď na začátku Karcherovy hadice, nebo kdekoli jinde. Voda nemá kam jít a není žádné místo, odkud by mohla pocházet voda navíc, kromě toho, že by šla od začátku kanálu až ke konci.
Zahřívání trysky (a jakékoli zúžení kanálu) je nevyhnutelné. Spirála žárovky je stejné úzké místo, kterým projde za jednotku času stejný počet elektronů jako tlustými dráty před a za žárovkou.

Práce je energie. Proud je rychlost průtoku (litry za sekundu; Coulombs za sekundu).
Zmínili jsme, že průtok vody v každé části naší hadice je stejný. Ale nejvíc práce (zahřívání) se dělá v úzkém místě (v trysce, ve spirále). Je to proto, že je tam velký odpor. Hodně energie se spotřebuje na vytápění. Z tohoto důvodu existuje rozdíl v tlaku (potenciálu) před a po zúžení.
Čerpadlo, které tlačí kapalinu v tomto systému, to má těžké. Funguje to a tato práce (= energie) se spotřebuje po délce hadice a většina je v zúžení na vytápění.
Zde jsou k tomu všechny potřebné vzorce.