Общее сопротивление

Расчет электрических цепей представляет собой определение выходных параметров при наличии входных данных и свойств используемых элементов. Изложенный материал предоставит исчерпывающие ответы касательно такого понятия, как сопротивление, особенности его вычисления и применяемые формулы.

Последовательное сопряжение нагрузок

Определение

Под суммарным сопротивлением понимают силу, противодействующую направленному движению частиц в контуре. Единицей измерения электросопротивления принято считать Ом, в честь физика Георга Симона Ома. Согласно международной системе измерений, один Ом равен электросопротивлению проводника при разности потенциалов на клеммах цепи 1 Вольт с силой тока один Ампер.

Способы совмещения элементов

Определяющим критерием при трактовке общего сопротивления принято считать способ совмещения резисторов в контуре.

Виды сопряжений:

• Последовательное;
• Параллельное;
• Смешанное.

Особенности расчетов

Стыковку элементов, при которой они следуют один за другим и не создают узловых соединений, принято считать последовательной.

При таком чередовании общее сопротивление цепи представляется в виде сумм всех сопротивлений, входящих в этот контур:

Rсумм.=R1+R2+R3+…+Rn.

Важно учитывать:

• Сила тока, проходящая через звено, неизменна – I1=I2=I3;
• Общее напряжение, приложенное к схеме, соответствует сумме падений напряжений на каждом из участков – U=U1+U2+U3;
• С увеличением резистивной характеристики изделия увеличивается падение напряжения на нем – U1/U2=R1/R2.

Совмещение резисторов, объединенных друг с другом двумя выводами, принято считать параллельным. Такая стыковка подразумевает, что на каждом участке будет свой индивидуальный электроток. Поскольку его величина обратно пропорциональна сопротивлению устройства, то увеличение количества резистивных нагрузок приведет к уменьшению суммарного импеданса и увеличению проводимости контура.

Параллельное сопряжение

Формула показывает, как найти общее сопротивление цепи:

1/Rвх=1/R1+1/R2+1/R3.

Важно учитывать:

• Входное напряжение соответствует напряжению на любом из звеньев – U=U1=U2=U3;
• Входной электроток представляет собой сумму электротоков, протекающих через каждый отдельный элемент, который необходимо находить по формуле – I=I1+I2+I3;
• Чем выше характеристика резистора, тем меньше протекающий в нем ток – I1/I2=R2/R1.

Стыковку резисторов, при которой встречаются параллельное и последовательное совмещения нагрузок, принято считать смешанной.

Смешанная стыковка

Для вычисления такого общего импеданса нужно:

1. Разбить полный контур на участки с исключительно параллельным либо последовательным совмещением;
2. Рассчитать сопротивление электрической цепи для каждого такого участка;
3. Вычислить полное электросопротивление схемы.

Постулаты Кирхгофа

Стыковка резисторов, не являющаяся смешанной

Схемы, имеющие в своем составе несколько блоков питания либо сходные с показанной на иллюстрации выше, просчитывается благодаря законам Кирхгофа. В связи с этим, значительно упрощаются вычисления схемы, в структуре которой находятся разнородные участки.

Первый постулат

Величина токов, поступающих в узел (О), соответствует сумме токов, вытекающих из узла, и представляется в виде выражения:

I1+I2+I3=0, где:

• I1,I3>0,
• I2<0.

Узел контура

Второй постулат

Общая величина ЭДС, приложенная к схеме, соответствует суммарному падению напряжений на любом из элементов.

В связи с этим вычисление таких схем сводится к решению линейных уравнений. Хотя такие вычисления выходят достаточно громоздкими, однако не оказывают больших затруднений.

Реактивные составляющие нагрузок

Принципиальным отличием электрических цепей переменного электротока является наличие двух составляющих электросопротивления: активного и реактивного.

Активный импеданс элемента зависит от физических особенностей используемого проводника, а именно сечения провода, удельного импеданса проводника, суммарной длины и температуры. Это свойственно резисторам, соединительным проводникам, трансформаторным обмоткам. Для такого импеданса характерно преобразование энергии электричества в другие необратимые виды энергии (механическую, тепловую, химическую и т.д.).

Поскольку для такой нагрузки характерно фазовое совпадение проходящего I и U, то уместен закон Ома: 

R=U/I.

Ключевой особенностью реактивного противодействия есть преобразование энергии переменного электротока в электромагнитную энергию с возможностью обратного действия. Такими свойствами владеют индуктивности и емкости.

Индуктивные свойства характерны, в первую очередь, катушке индуктивности. Электродвижущая сила самоиндукции и есть причина возникновения реактивного противодействия в катушке.

Индуктивное электросопротивление равно:

XL= ωL= 2πfL, где:

• f – частота в герцах,
• L – величина индуктивности катушки.

Исходя из формулы, для катушки свойственен рост реактивного противодействия с увеличением частоты электротока.

Емкостной импеданс обусловлен наличием емкости. Это свойственно конденсатору.

Емкостное сопротивление равно: 

Xc=1/ ωC =1/2πfC, где:

• f – частота в герцах,
• C – величина емкости конденсатора.

Соответственно, с увеличением частоты тока емкостное противодействие уменьшается.

Предоставленный материал раскрывает в полной мере вопросы, касающиеся такого понятия, как общее сопротивление устройства, его смысл и поведение в разных условиях.

Видео

https://www.youtube.com/watch?v=Gr2MQcV_zJc