Как рассчитать ток в электрической цепи: формулы и порядок расчета для различных известных значений

Кроме того, ток можно определить по закону Ома: I=U/R=12/3=4 Ампера

Содержание

Ампераж представляет собой движение заряженных частиц и является одной из ключевых характеристик электрической цепи. Он измеряется в амперах. Сила электрического тока измеряет нагрузку на токоведущие проводники, шины и шинопроводы.

С помощью этого значения можно понять, сколько энергии протекает в проводнике за определенный промежуток времени. Это значение может быть рассчитано различными способами, в зависимости от имеющихся данных.

Поскольку варианты решения и известные значения могут варьироваться, возможны проблемы при расчете. Ниже мы рассмотрим, как правильно определить ток, используя различные значения.

В паспорте электроприбора обычно указывается номинальная мощность прибора и номинал сети, для которой он будет использоваться. Имея эту информацию, ток можно рассчитать по формуле: I = P/U.

Метод расчета в соответствии с законом Ома и Кирхгофа

Прежде чем научиться рассчитывать, необходимо объяснить особенности типичных компонентов, подключаемых к различным источникам питания. При постоянном токе сопротивлением индуктивности можно пренебречь. Конденсатор эквивалентен разомкнутой цепи. Также обратите внимание на следующие различия в разных типах подключения резисторов:

Серия – увеличивает общее сопротивление;
Параллельный – распределяет ток по нескольким ветвям, тем самым улучшая проводимость.

Закон Ома для участка цепи

Обычный автомобильный аккумулятор выдает напряжение U = 12 В. Встроенный или внешний амперметр при измерении покажет соответствующее значение. Не соединяйте клеммы вместе, так как это приведет к короткому замыканию. Если жила провода тонкая (

Предупреждение. Показанный результат расчета полезен для поиска нужного резистора. Следует произвести корректировку в сторону увеличения. Компонент мощностью 5 Вт подходит в соответствии со стандартом для серийных изделий.

На практике приходится решать более сложные задачи. Например, для длинных линий необходимо учитывать влияние ответвлений, соединяющих контур. Протекание тока через стальной проводник будет хуже, чем через его медный аналог. Поэтому при расчете необходимо учитывать удельное сопротивление материала. Короткий провод может быть исключен из расчета. Однако в нагрузке может быть два элемента. В любом случае, общая величина эквивалентна некоторому сопротивлению цепи. При последовательном соединении Rack = R1 + R2 +…+ Rn. Этот метод подходит при использовании постоянного тока.

Закон Ома для полной цепи

Чтобы рассчитать такую цепь, добавьте внутреннее сопротивление (Rвн) источника. Приведенная ниже формула показывает, как найти силу тока:

Вместо напряжения (U) в расчетах часто используется типичное обозначение электродвижущей силы (ЭДС) – E.

Первый закон Кирхгофа

В классической формулировке этого постулата алгебраическая сумма токов, входящих в один узел и выходящих из него, равна нулю:

I1 + I2 + … + In = 0.

Этот принцип действителен для каждой точки соединения ветвей электрической цепи. Следует отметить, что характеристики отдельных элементов (пассивные, реактивные) здесь не учитываются. Можно не обращать внимания на полярность источников питания, включенных в отдельные схемы.

Чтобы избежать путаницы с большими цепями, предполагается следующее использование отдельных знаков тока:

входящий – положительный (+I);
Исходящие токи отрицательны (-I).

Второй закон Кирхгофа

Этот принцип определяет полное равенство источников тока (ЭДС), включенных в цепь. Для иллюстрации мы можем увидеть, как распределяются параметры управления, когда два резистора (R1 = 50 Ом, R2 = 10 Ом) соединены последовательно с батареей (Uacb = 12 В). Для проверки этого измеряется разность потенциалов на клеммах пассивных элементов:

UR1 = 10 В;
UR1 = 2 В;
Uacb = 12 В = UR1 + UR2 = 10 + 2;
ток в цепи определяется по закону Ома: I = 12/(50+10) = 0,2 A;
При необходимости рассчитайте мощность: P = I2 * R = 0,04 * (50+10) = 2,4 Вт.

Второе правило Кирхгофа применимо к любой комбинации реактивных элементов в каждой ветви. Он часто используется в качестве окончательной проверки. Падения напряжения на отдельных элементах суммируются для проверки правильности выполнения процедуры. Обратите внимание также на то, что дополнительные источники ЭДС приводят к ненулевому результату.

Задача 2. Приведена принципиальная схема (рис. 6-11, а). Во сколько раз изменится ток, текущий в неразветвленной части цепи, и напряжение на полюсах источника тока, если ключ К замыкается? Сопротивление трубки L₂ в два раза больше сопротивления L₁а внутреннее сопротивление источника тока в 10 раз меньше сопротивления трубки L₁.

Проблема 1. Вольтметр, подключенный к лампочке, показывает. U = 4 В и амперметр – I = 2 A (рис. 6-10). Каково внутреннее сопротивление r источника тока, к которому подключена эта лампочка, если ЭДС источника ε = 5 В?
Примечание: Если в тексте задачи ничего не сказано о сопротивлении амперметра, то этим сопротивлением можно пренебречь, а если ничего не сказано о сопротивлении вольтметра, то его следует считать бесконечно большим, а ток, протекающий через вольтметр, – нулевым.

Задача 2. Приведена схема (рис. 6-11, а). Во сколько раз изменится ток, текущий в неразветвленной части цепи, и напряжение на полюсах источника тока, если ключ К замыкается? Сопротивление лампочки L₂ в два раза больше сопротивления L₁а внутреннее сопротивление источника тока в 10 раз меньше сопротивления лампы L₁.

Проблема 3. В резисторе сопротивлением R = 5 Ом ток I = 0,2 А. Резистор подключен к источнику тока с ЭДС ε = 2 В. Найдите ток короткого замыкания I_{короткое замыкание.}

Проблема 4. Вольтметр, подключенный к полюсам источника тока с разомкнутой внешней цепью, показал. U₁ = 8 В. При замыкании цепи на какой-либо резистор (рис. 6-12, а), вольтметр показывает U₂ = 5 В. Что покажет вольтметр, если последовательно с этим резистором подключить второй такой же резистор (рис. 6-12, б)? Что покажет вольтметр, если подключить второй резистор параллельно первому (рис. 6-12, в)?

Проблема №5. Цепь питается от источника тока с ЭДС ε = 4 В и внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом. Построение графика текущего значения I в цепи и напряжение U на полюсах источника тока в зависимости от внешнего сопротивления R.

Проблема 6. Амперметр, закороченный на гальванический элемент с ЭДС ε = 2 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом, указал ток I₁ = 3 А . Какова была текущая I₂ покажет ли этот амперметр, если он соединен мостом с сопротивлением R_ш = 0,1 Ом?

Задание 7. Приведена схема (рис. 6-16). Емкость конденсаторов C₁, С₂ и ЭДС источника тока ε известны. Известно также, что ток короткого замыкания I_{ток короткого замыкания I} этого источника в три раза больше, чем ток I, протекает в этой цепи. Найдите напряжения Е₁ и Е₂ полей в конденсаторах, если расстояния между их обмотками равны d.

Проблема 8. Приведена схема (рисунок 6-17). Возможности С и конденсаторы 2C, сопротивление R и 2R проводников и ЭДС источника тока ε. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь (r = 0). Определение напряжений U₁ и U₂ о конденсаторах и зарядах q₁ и q₂ этих конденсаторов.

Проблема 9. Есть N идентичные источники тока, соединенные сначала последовательно, а затем параллельно, подключенные каждый раз к одному и тому же внешнему сопротивлению R. Внутреннее сопротивление каждого источника r. Во сколько раз изменяется напряжение на внешней части цепи?

Проблема 10. Электрическая цепь состоит из источника тока с ЭДС ε = 180 В и потенциометр с сопротивлением R = 5 кОм. Ползунок потенциометра расположен в центре устройства (Рисунок 6-21), а). Найдите показания вольтметра U₁ и U₂, подключенные к потенциометру, если их сопротивления R₁ = 6 кОм и R₂ = 4 кОм. Внутреннее сопротивление r источника тока пренебрежимо мала.

Задание №11. Схема, показанная на рисунке 6-22, а. Сопротивления R1, R2 и R известны. ЭДС источника тока также известна как ε и его внутреннее сопротивление r. Найдите текущий I₂ в сопротивлении R₂.

Проблема №12. Нихромовая проволока образует кольцо диаметром D = 2 м (рис. 6-23, а). В центре кольца находится источник тока в виде ε = 2 В и внутреннее сопротивление r = 1,5 Ом, соединенные в точках а и b к кольцу с помощью того же провода. Найдите разность потенциалов φ_b – φ_а между точками b и а. Удельное сопротивление нихрома p = 1,1 мкОм-м, площадь поперечного сечения проволоки S = 1 мм 2 .

Это краткое изложение темы “Закон Ома для электрической цепи. ВЫЗОВЫ ОПЫТА”. Выберите свои дальнейшие действия:

Если у вас возникли трудности, прочитайте статью Закон Кирхгофа.

Пример 2

Полный ток в цепи, содержащей два параллельно соединенных резистора R₁=70 Ом и R₂=90 Ом, составляет 500 мА. Определите токи в каждом резисторе.

Два последовательно соединенных резистора – это не что иное, как делитель тока. Токи, протекающие через каждый резистор, можно определить по формуле делителя, при этом нам не нужно знать напряжение в цепи, только общий ток и сопротивления резисторов.

Токи в резисторах

В этом случае удобно проверить задачу, используя первый закон Кирхгофа, который гласит, что сумма сходящихся токов в узле равна нулю.

Если у вас возникли трудности, прочитайте статью Закон Кирхгофа.

Если вы не помните формулу для текущего делителя, вы можете решить эту задачу другим способом. Для этого нужно найти напряжение в цепи, которое является общим для обоих резисторов, поскольку соединение параллельное. Чтобы найти его, необходимо сначала вычислить сопротивление цепи

А затем рассчитайте напряжение.

Зная напряжения, вы найдете токи, протекающие через резисторы

Как вы можете видеть, токи одинаковы.

I=q/tГде:

Онлайн-калькулятор для расчета силы тока в цепи

Рассчитывая силу тока в цепи, помните, что это физическая величина, демонстрирующая определенный заряд. Она протекает в единицу времени через проводник. Основная схема расчета выглядит следующим образом:

I=q/tгде:

I – сила электрического тока в амперах (A) или кл/с;
q – заряд, перемещающийся по проводнику в кулоновских единицах (Кл);
t – время, необходимое для перемещения заряда, с.

В соответствии с законом Ома для отдельного участка цепи для расчета силы тока следует использовать следующую схему

прямая зависимость тока от напряжения;
обратная зависимость от сопротивления.

I=U/Rгде:

U – напряжение, выраженное в вольтах, В;
R – значение сопротивления в омах.

Отсюда вытекает следующая взаимосвязь:

I = E/ R+rгде:

E – EMF, V;
R – внешнее сопротивление, Ом
r – внутреннее сопротивление, Ом

Используйте другие онлайн-калькуляторы:

7. Необходимо экспериментально определить электрическое сопротивление круглого углеродного стержня в зависимости от его длины. Какие из следующих пар стержней можно использовать для этой цели?

ПРИМЕРЫ ЗАДАЧ

Часть 1

1. На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, выключателя и двух резисторов, соединенных параллельно. Чтобы измерить напряжение на резисторе (R_2), вы можете подключить вольтметр между точками

1) Только B и C
2) только A и C
3) B и D или B и C
4) A и D или A и C

2. На рисунке показана электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и двух амперметров. Сила тока, показываемая амперметром A₁равна 0,5 А. Амперметр A₂ будет указывать на ток

1) менее 0,5 A
2) более 0,5 A
3) 0,5 А
4) 0 А

3. Студент исследовал зависимость тока в электроплите от приложенного напряжения и получил следующие данные.

Проанализировав полученные значения, он сделал предположение:

А. Закон Ома справедлив для первых трех измерений.
Б. Закон Ома верен для последних трех измерений.

Какая гипотеза (гипотезы), выдвинутая студентом, верна (верны)?

1) только A
2) только B
3) и A, и B
4) ни A, ни B

4. На диаграмме ниже показано отношение силы тока в проводе к напряжению на его концах. Каково сопротивление провода?

1) 0,25 Ом
2) 2 Ом
3) 4 Ом
4) 8 Ом

5. На рисунках показаны значения тока и напряжения на концах двух проводников. Сравните сопротивления этих проводников.

1) ■( R_1=R_2 ■)
2) ▼( R_1=2R_2 ▼)
3) ■( R_1=4R_2 ■)
4) ■( 4R_1=R_2 ■)

6. На рисунке изображена гистограмма. Здесь показаны значения тока питания для двух проводников (1) и (2) с одинаковым сопротивлением. Сравните напряжения U_1 и U_2 на концах этих проводников.

1) ( U_2=sqrt<3>U_1 )
2) ( U_1=3U_2 ).
3) }( U_2=9U_1 })
4) ( U_2=3U_1 )

1) A и D
2) B и C
3) B и D
4) C и D

8. Два алюминиевых проводника одинаковой длины имеют разные площади поперечного сечения: площадь поперечного сечения первого проводника составляет 0,5 мм², а второго – 4 мм². Какой проводник имеет большее сопротивление и во сколько раз?

1) Сопротивление первого проводника в 64 раза больше сопротивления второго проводника.
2) Сопротивление первого проводника в 8 раз больше сопротивления второго проводника.
3) Сопротивление второго проводника в 64 раза больше сопротивления первого проводника.
4) Сопротивление второго проводника в 8 раз больше сопротивления первого проводника.

9. Заряд 12 Кл протекает через приемник электрического тока в течение 600 с. Каково значение тока в приемнике?

1) 0,02 А
2) 0,2 А
3) 5 А
4) 50 А

10. В таблице приведены результаты экспериментальных измерений площади поперечного сечения ( S ), длины ( L ) и электрического сопротивления ( R ) для трех проводников из железа или никеля.

Из измерений можно сделать вывод, что электрическое сопротивление проводника

1) зависит от материала проводника
2) не зависит от материала проводника
3) увеличивается с увеличением его длины
4) уменьшается с увеличением площади поперечного сечения

11. Для изготовления резисторов использовалась катушка нихромовой проволоки. В свою очередь, провода длиной 4 м, 8 м и 12 м были включены в схему, как показано на рисунке. Напряжение и ток были измерены для каждого случая (см. таблицу).

Какой вывод можно сделать по результатам тестов?

1) сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
2) сопротивление проводника прямо пропорционально его длине
3) сопротивление проводника зависит от силы тока в проводнике
4) сопротивление проводника зависит от напряжения на концах проводника.
5) ток в проводнике обратно пропорционален его сопротивлению.

12. Приведенная ниже таблица представляет собой справочник физических свойств различных материалов.

На основании данных, приведенных в таблице, выберите из приведенного ниже списка которые имеют правильное применение. Распечатайте их номера.

1) При одинаковых размерах алюминиевый проводник будет иметь меньшую массу и большее электрическое сопротивление, чем медный проводник.
2) Нихромовый и латунный проводники будут иметь одинаковое электрическое сопротивление, если их размеры одинаковы.
3) Константановые и никелевые проводники будут иметь разную массу при одинаковых размерах.
4) При замене никелевой катушки на нихромовую такого же размера электрическое сопротивление катушки уменьшается.
5) При равной площади поперечного сечения провод из константана длиной 4 м будет иметь такое же электрическое сопротивление, как и провод из никеля длиной 5 м.

Часть 2

13. Изменяя электрическое напряжение на никелевой проволоке длиной 5 м, студент записал измеренные значения тока и напряжения в таблицу. Чему равна площадь поперечного сечения проводника?

Читайте далее: