Закон Ома и связь R, I и U
Для начала рассмотрим определения основных электрических величин, далее рассмотрим законы, связывающие эти величины между собой на основе формул и графических зависимостей. Так от простого к сложному и будет развиваться эта статья.
Первым делом следует отметить, что существуют цепи постоянного и переменного тока. Разница между ними в характере протекания электрических величин - в цепях переменного тока ток и напряжение с течением времени изменяются по определенному закону (например, синусоиде). В цепях же тока постоянного с течением времени значение остается константным.
И в первых и во вторых цепях основными величинами будут: ток, напряжение и сопротивление.
Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц (электронов) через проводник (проводящую среду) от точки с большим потенциалом, к точке с меньшим потенциалом. Принято говорить, что ток течет от плюса к минусу в цепях постоянного тока. Измеряется в амперах, обозначается “i”.
Электрическое сопротивление характеризует способность ограничивать значение электрического тока. Измеряется в омах и обозначается r. Величина обратная сопротивлению - проводимость. В зависимости от величины сопротивления материалы классифицируются на: проводники, диэлектрики и изоляторы.
Электрическое напряжение равняется разности потенциалов между двумя точками. U=f1-f2. Логично, что напряжение может быть и положительной и отрицательной величиной. Единица измерения вольт (В).
Связь между этими величинами описывается законом Ома:
Значение тока в электрической цепи прямо пропорционально величине напряжения и обратно пропорционально сопротивлению. I=U/R - данная формула применима для цепи постоянного тока. Зная две величины, всегда найдем третью.
Для переменного тока формула приобретет вид I=U/Z, где Z - полное сопротивление цепи, которое состоит из активной, емкостной и индуктивной составляющих:
- R - активное сопротивление (омическое)
- XL - индуктивное сопротивление (присуще катушкам, обмоткам, статору ТГ) - препятствует протеканию тока
- XC - емкостное сопротивление (конденсаторное, встречается у кабеля) - препятствует протеканию напряжения
- Z - реактивное сопротивление (импеданс, полное сопротивление) состоит из двух составляющих: активной (R) и реактивной (X). А реактивное (X) уже состоит из индуктивного (XL) и емкостного (XC)
Графически соотношение между сопротивлениями можно отобразить в форме прямоугольного треугольника (векторное представление).
В цепях переменного тока значения тока и напряжения изменяются с течением времени, согласно определенному закону. Например, по синусоиде:
I=Im*sin(wt+f)
В данной формуле I - это мгновенное значение тока, Im - амплитудное значение.
Амплитудное - максимальное значение, амплитудное, которое принимает величина за период. В формулах выше это значения с индексом “m” - типа максимальное.
Мгновенное - значение величины в данный момент времени. Максимальное из мгновенных значений является амплитудным.
Действующее - такое значение переменного тока, при котором за период в резисторе выделилось бы столько тепла, сколько и в цепи постоянного тока. Именно эти значения показывают наши вольтметры, амперметры. Для синусоиды действующее равно 0,707 от амплитудного. 1/корень(2)=0,707.
В зависимости от преобладания определенного характера сопротивления, векторы тока и напряжения будут смещены относительно друг друга:
Чисто активное сопротивление - ток и напряжение совпадают по фазе.
Преобладает индуктивное - значит, как писалось выше, току пройти тяжелее и он отстает от напряжения.
Преобладает емкостная составляющая - ток уходит в отрыв, напряжение тормозится емкостью.
Также цепи переменного тока могут быть однофазными и трехфазными. В трехфазных цепях приняты обозначения фаз: фаза А (желтая, U), фаза B (зеленая, V) и фаза С (красная, W). Как недавно сказали на одном объекте железной дороги: фаза “А” идет на Минск. :-)
Между собой фазы могут соединяться в различные схемы: звезда, треугольник, зигзаг и прочие более редкие.