Сопротивление

Схема из предыдущего раздела не очень практична. На самом деле, это может быть довольно опасно строить (прямое соединение полюсов источника напряжения с помощью одного куска провода). Причина, по которой это опасно, заключается в том, что величина электрического тока может быть очень большой в таком коротком замыкании . , и выделение энергии может быть очень сильным (обычно в виде тепла). Обычно электрические цепи строятся таким образом, чтобы максимально безопасно использовать высвобождаемую энергию на практике.

Ток, протекающий через нить накала лампы

Одним из практических и популярных способов использования электрического тока является электрическое освещение. Самая простая форма электрической лампы - это крошечная металлическая «нить» внутри прозрачной стеклянной колбы, которая накаляется добела («накаливается») с помощью тепловой энергии, когда через нее проходит достаточный электрический ток. Как и батарея, он имеет две токопроводящие точки подключения:одна для тока, а другая - для выхода. Схема электрической лампы, подключенная к источнику напряжения, выглядит примерно так:

Когда ток проходит через тонкую металлическую нить накала лампы, он встречает большее сопротивление движению, чем обычно в толстом куске провода. Это сопротивление электрическому току зависит от типа материала, его площади поперечного сечения и температуры. Технически это известно как сопротивление . . (Можно сказать, что у проводников низкое сопротивление, а у изоляторов очень высокое сопротивление.) Это сопротивление служит для ограничения количества тока, проходящего через цепь с заданным значением напряжения, подаваемого батареей, по сравнению с «коротким замыканием», когда у нас не было ничего, кроме провода, соединяющего один конец источника напряжения (батареи) с другим. Когда ток движется против сопротивления сопротивления, возникает «трение». Точно так же, как механическое трение, трение, создаваемое током, протекающим против сопротивления, проявляется в виде тепла. Концентрированное сопротивление нити накала лампы приводит к тому, что на нити рассеивается относительно большое количество тепловой энергии. Этой тепловой энергии достаточно, чтобы нить накаливания стала раскаленной добела, производя свет, в то время как провода, соединяющие лампу с батареей (которые имеют гораздо более низкое сопротивление), едва ли нагреваются, проводя такое же количество тока. Как и в случае короткого замыкания, если целостность цепи нарушена в любой точке, ток прекращается по всей цепи. Если лампа установлена, это означает, что она перестанет светиться:

Как и раньше, без протекания тока, весь потенциал (напряжение) батареи доступен через разрыв, ожидая возможности соединения, чтобы перемыть этот разрыв и позволить току снова течь. Это состояние известно как разрыв цепи . , где разрыв цепи предотвращает ток повсюду. Все, что требуется, - это однократный разрыв цепи, чтобы «разомкнуть» цепь. После повторного подключения любых разрывов и восстановления непрерывности цепи это называется замкнутой цепью . .

Основа для переключения ламп

То, что мы видим здесь, является основой для включения и выключения ламп с помощью дистанционных выключателей. Поскольку любой разрыв цепи приводит к прекращению подачи тока по всей цепи, мы можем использовать устройство, предназначенное для преднамеренного разрыва цепи (так называемый переключатель ), установленный в любом удобном месте, к которому мы можем проложить провода, для контроля протекания тока в цепи:

Таким образом, выключатель, установленный на стене дома, может управлять лампой, установленной в длинном коридоре или даже в другой комнате, далеко от выключателя. Сам переключатель состоит из пары токопроводящих контактов (обычно сделанных из какого-либо металла), соединенных между собой механическим рычажным приводом или кнопкой. Когда контакты соприкасаются друг с другом, ток может течь от одного к другому, и устанавливается непрерывность цепи. Когда контакты разделены, ток от одного к другому предотвращается воздушной изоляцией между ними, и целостность цепи нарушается.

Рубильник

Возможно, лучший вид переключателя, который можно показать для иллюстрации основного принципа, - это «ножевой» переключатель:

Рубильник - это не что иное, как токопроводящий рычаг, свободно поворачивающийся на шарнире, вступающий в физический контакт с одной или несколькими неподвижными точками контакта, которые также являются токопроводящими. Переключатель, показанный на иллюстрации выше, построен на фарфоровой основе (отличный изоляционный материал) с использованием меди (отличный проводник) в качестве «лезвия» и точек контакта. Ручка сделана из пластика, чтобы изолировать руку оператора от токопроводящего лезвия переключателя при его открытии или закрытии. Вот еще один тип рубильника с двумя неподвижными контактами вместо одного:

Конкретный рубильник, показанный здесь, имеет одно «лезвие», но два неподвижных контакта, что означает, что он может замыкать или размыкать более одной цепи. На данный момент это не так важно, чтобы знать, просто базовая концепция того, что такое переключатель и как он работает. Рубильные переключатели отлично подходят для иллюстрации основного принципа работы переключателя, но они представляют определенные проблемы безопасности при использовании в электрических цепях большой мощности. Открытые проводники рубильника делают случайный контакт с цепью, и любая искра, которая может возникнуть между движущимся ножом и неподвижным контактом, может воспламенить любые расположенные поблизости легковоспламеняющиеся материалы. В большинстве современных конструкций переключателей движущиеся проводники и точки контакта герметично закрыты изолирующим кожухом, чтобы уменьшить эти опасности. Фотографии нескольких современных типов переключателей показывают, что механизмы переключения гораздо более скрыты, чем в конструкции ножа:

Открытые и закрытые схемы

В соответствии с терминологией цепей «разомкнутый» и «замкнутый», переключатель, который устанавливает контакт от одной клеммы подключения к другой (пример:рубильник с лезвием, полностью касающимся неподвижной точки контакта), обеспечивает непрерывность протекания тока. через и называется закрытым выключатель. И наоборот, выключатель, нарушающий целостность цепи (пример:рубильник с лезвием не прикосновение к неподвижной точке контакта) не пропускает ток и называется открытым выключатель. Эта терминология часто сбивает с толку новичков, изучающих электронику, потому что слова «открытый» и «закрытый» обычно понимаются в контексте двери, где «открытый» приравнивается к свободному проходу, а «закрытый» - к блокировке. В случае электрических переключателей эти термины имеют противоположное значение:«открытый» означает отсутствие потока, а «закрытый» означает свободное прохождение электрического тока.

ОБЗОР:

• Сопротивление является мерой сопротивления электрическому току.
• короткое замыкание представляет собой электрическую цепь, оказывающую небольшое сопротивление току или не имеющее его. Короткие замыкания опасны для источников питания высокого напряжения, поскольку возникающие высокие токи могут вызвать выделение большого количества тепловой энергии.
• обрыв это тот, где непрерывность была нарушена из-за прерывания пути прохождения тока.
• замкнутый контур тот, который является законченным, с хорошей непрерывностью во всем.
• Устройство, предназначенное для размыкания или замыкания цепи в контролируемых условиях, называется переключателем . .
• Условия «открытый» и «закрыто» относятся как к переключателям, так и ко всем цепям. Открытый переключатель - это переключатель без непрерывности:ток не может течь через него. Замкнутый переключатель - это переключатель, который обеспечивает прямой (с низким сопротивлением) путь для прохождения тока.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Переключатели
• Резистор
• Напряжение, ток и сопротивление

Попробуйте наши Калькулятор сопротивления в нашем Инструменты раздел .