Теория цепей постоянного тока

Что такое DC?

В начальной школе мы узнали, что все состоит из атомов. Это продукт трех частиц: электронов, протонов и нейтронов. Судя по названию, нейтрон не имеет заряда, тогда как протоны положительны, а электроны отрицательны.

В атоме электроны, протоны и нейтроны остаются вместе в стабильном образовании, но если в результате какого-либо внешнего процесса электроны отделены от атомов, они всегда будут стремиться осесть в предыдущем положении, таким образом, это создаст притяжение к протонам. Если мы используем эти свободные электроны и проталкиваем их внутрь проводника, который образует электрическую схему, притяжение потенциала создает разность потенциалов.

Если поток электрона не меняет своего пути и представляет собой однонаправленные потоки или движения внутри цепи, он называется постоянным или постоянным током. Постоянное напряжение - это источник постоянного напряжения.

В случае постоянного тока полярность никогда не изменится на противоположную или изменится во времени, тогда как протекание тока может меняться со временем.

Как и на самом деле идеального состояния не бывает. В случае схемы, в которой текут свободные электроны, это тоже верно. Эти свободные электроны не движутся независимо, поскольку проводящие материалы не идеальны для того, чтобы позволить электронам свободно течь. Он действительно препятствует потоку электронов определенным правилом ограничений. В этом случае каждая электронная / электрическая цепь состоит из трех основных индивидуальных величин, которые называются VI R.

• Напряжение (В)
• Текущий (I)
• И сопротивление (R)

Эти три вещи являются основными фундаментальными величинами, которые появляются почти во всех случаях, когда мы видим или описываем что-то или делаем что-то, что связано с электрикой или электроникой. Они оба хорошо связаны, но они обозначили три разные вещи в электронике или основах электротехники.

Что сейчас?

Как указывалось ранее, внутри схемы текут свободные разделенные электроны; этот поток электронов (заряд) называется Током. Когда источник напряжения приложен к цепи, частицы отрицательного заряда непрерывно движутся с постоянной скоростью. Этот ток измеряется в амперах в единицах СИ и обозначается как I или i. Согласно этой единице 1 Ампер - это количество электричества, переносимое за 1 секунду. Базовая единица заряда - кулон.

1А - это 1 кулон заряда, переносимый в цепи или проводнике за 1 секунду. Итак, формула

1А = 1 кл / с

Где, C обозначается как кулон, а S - второй.

На практике электроны текут от отрицательного источника к положительному источнику питания, но для лучшего понимания схемы обычный поток тока предполагает, что ток течет от положительного к отрицательному выводу.

На некоторых принципиальных схемах мы часто видим, что несколько стрелок с I или i указывают поток тока, который является обычным потоком тока. Мы увидим использование тока на настенном распределительном щите как «Максимальный номинальный ток 10 ампер » или в зарядном устройстве телефона «максимальный ток заряда составляет 1 ампер » и т. Д.

Ток также используется в качестве префикса с подмножеством как килоампер (10 ³ В), миллиампер (10 ^-3 А), микроампер (10 ^-6 А), наноампер (10 ^-9 А) и т. Д.

Что такое напряжение?

Напряжение - это разность потенциалов между двумя точками цепи. Он не сообщает о потенциальной энергии, хранящейся в виде электрического заряда в точке электроснабжения. Мы можем обозначить или измерить разницу напряжений между любыми двумя точками в узлах схемы, соединении и т. Д.

Разница между двумя точками называется разностью потенциалов или падением напряжения.

Это падение напряжения или разность потенциалов измеряется в вольтах с символом V или v. Чем больше напряжение, тем больше емкость и больше удерживается заряда.

Как описано ранее, источник постоянного напряжения называется постоянным напряжением. Если напряжение периодически меняется со временем, это переменное напряжение или переменный ток.

Один вольт - это по определению расход энергии в один джоуль на электрический заряд в один кулон. Отношения такие, как описано

V = потенциальная энергия / заряд или 1 В = 1 Дж / Кл

Где J обозначается как Джоуль, а C - кулон.

Падение напряжения на один вольт возникает, когда ток силой 1 ампер проходит через сопротивление 1 Ом.

1 В = 1 А / 1R

Где A - ампер, а R - сопротивление в Ом.

Напряжение также используется в качестве префикса с подмножителями, такими как киловольт (10 ³ В), милливольт (10 ^-3 В), микровольт (10 ^-6 В), нано-вольт (10 ^-9 В) и т. Д. обозначается как отрицательное напряжение, так и положительное напряжение.

Напряжение переменного тока обычно присутствует в домашних розетках. В Индии это 220 В переменного тока, в США - 110 В переменного тока и т. Д. Мы можем получить постоянное напряжение, преобразовав этот переменный ток в постоянный или от батарей, солнечных панелей, различных блоков питания, а также зарядных устройств для телефонов. Мы также можем преобразовать постоянный ток в переменный с помощью инверторов.

Очень важно помнить, что напряжение может существовать без тока, поскольку это разница напряжений между двумя точками или разность потенциалов, но ток не может течь без разницы напряжений между двумя точками.

Что такое сопротивление?

Как и в этом мире, нет ничего идеального, каждый материал имеет определенные характеристики, чтобы противостоять потоку электронов при выходе из него. Емкость резиста материала - это его сопротивление, которое измеряется в Ом (Ом) или Омега. Так же, как ток и напряжение, сопротивление также имеет префикс для подмножества, например, килоом (10 ³ Ом), мили-ом (10 ^-3 Ом), мега-ом (10 ⁶ Ом) и т. Д. Сопротивление не может быть измерено отрицательно; это только положительное значение.

Сопротивление указывает, является ли материал, по которому проходит ток, хорошим проводником, означает низкое сопротивление, или плохой проводник означает высокое сопротивление. 1 Ом - очень низкое сопротивление по сравнению с 1 МОм.

Итак, есть материалы, которые имеют очень низкое сопротивление и хорошо проводят электричество. Например, медь, золото, серебро, алюминий и т. Д. С другой стороны, есть несколько материалов, которые имеют очень высокое сопротивление, следовательно, плохие проводники электричества, такие как стекло, дерево, пластик, и из-за высокого сопротивления и плохой проводимости электричества они в основном используются в качестве изолятора в качестве изолятора.

Кроме того, в электронике широко используются специальные типы материалов из-за их особой способности проводить электричество между плохими и хорошими проводниками. Это полупроводники, название подразумевает, что это полупроводник. Транзисторы, диоды, интегральные схемы выполнены с использованием полупроводников. Германий и кремний - широко используемые полупроводниковые материалы в этом сегменте.

Как обсуждалось ранее, сопротивление не может быть отрицательным. Но сопротивление имеет два отдельных сегмента: один - в линейном, а другой - в нелинейном. Мы можем применить специальный математический расчет, связанный с границами, для расчета резистивной способности этого линейного сопротивления, с другой стороны, нелинейное сегментированное сопротивление не имеет надлежащего определения или отношений между напряжением и током, протекающим между этими резисторами.

Закон Ома и связь VI:

Георг Симон Ом, он же Георг Ом, немецкий физик, обнаружил пропорциональную зависимость между падением напряжения, сопротивлением и током. Эта связь известна как закон Ома.

В его открытии утверждается, что ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален напряжению на нем. Если преобразовать этот вывод в математическую формулу, мы увидим, что

Ток (Ампер) = Напряжение / Сопротивление I (Ампер) = В / R

Если мы знаем одно из двух значений этих трех сущностей, мы можем найти третье.

Из приведенной выше формулы мы найдем три сущности, и формула будет следующей: -

вольтаж	V = I x R	На выходе будет напряжение в вольтах (В).
Текущий	I = V / R	Выходной ток будет в амперах (A)
Сопротивление	R = V / I	На выходе будет сопротивление в Ом (Ом).

Давайте посмотрим на разницу между этими тремя, используя схему, в которой нагрузка представляет собой сопротивление, а амперметр используется для измерения тока, а вольтметр используется для измерения напряжения.

На приведенном выше изображении амперметр, подключенный последовательно и подающий ток на резистивную нагрузку, с другой стороны, вольтметр, подключенный к источнику для измерения напряжения.

Важно помнить, что амперметр должен иметь нулевое сопротивление, поскольку он должен обеспечивать нулевое сопротивление току, протекающему через него, и для этого идеальный амперметр 0 Ом подключается последовательно, но поскольку напряжение - это разность потенциалов. из двух узлов вольтметр подключается параллельно.

Если мы изменим ток источника напряжения или напряжение источника напряжения или сопротивление нагрузки на источнике линейно, а затем измерим единицы, мы получим следующий результат:

На этом графике Если R = 1, то ток и напряжение увеличиваются пропорционально. V = I x 1 или V = I. Таким образом, если сопротивление фиксировано, напряжение будет увеличиваться с увеличением тока или наоборот.

Что такое сила?

Мощность либо создается, либо потребляется, в электронных или электрических схемах номинальная мощность используется для предоставления информации о том, сколько энергии потребляет схема, чтобы обеспечить ее надлежащий выход.

Согласно законам природы, энергия не может быть уничтожена, но может быть передана, например, электрическая энергия, преобразованная в механическую энергию, когда электричество подается на двигатель, или электрическая энергия, преобразуемая в тепло, когда применяется к нагревателю. Таким образом, нагревателю требуется энергия, которая является мощностью, для обеспечения надлежащего рассеивания тепла, эта мощность представляет собой номинальную мощность нагревателя при максимальной мощности.

Мощность обозначается символом W и измеряется в WATT.

Мощность - это величина, умноженная на напряжение и ток. Так, P = V x I

Где P - мощность в ваттах, V - напряжение, а I - ток или ток.

Он также имеет субпрефикс, такой как киловатт (10 ³ Вт), мили-ватт (10 ^-3 Вт), мегаватт (10 ⁶ Вт) и т. Д.

Поскольку закон Ома V = I x R, а степенной закон P = V x I, мы можем поместить значение V в степенной закон, используя формулу V = I x R. Тогда степенной закон будет

P = I * R * I или P = I ² R

Расположив одно и то же, мы можем найти хотя бы одну вещь, когда другая недоступна, формулы перегруппированы в матрице ниже:

Итак, каждый сегмент состоит из трех формул. В любом случае, если сопротивление станет равным 0, тогда ток будет бесконечным, это называется состоянием короткого замыкания. Если напряжение стало 0, тогда ток не существует, а мощность будет равна 0, если ток стал 0, тогда цепь находится в состоянии разомкнутой цепи, где присутствует напряжение, но не ток, поэтому снова мощность будет равна 0, если мощность равна 0 тогда никакая мощность не будет потребляться или производиться схемой.

Концепция электронного потока

Ток протекает за счет притяжения заряда. На самом деле, поскольку электроны являются отрицательной частицей, они текут от отрицательной клеммы к положительной клемме источника питания. Таким образом, в реальной схеме электронный ток течет от отрицательного вывода к положительному выводу, но в обычном потоке тока, как мы описали ранее, мы предполагаем, что ток течет от положительного вывода к отрицательному. На следующем изображении мы очень легко поймем течение тока.

Каким бы ни было направление, оно не влияет на ток внутри схемы. Легче понять обычный ток, протекающий от положительного к отрицательному. Одно направление. Поток тока - это постоянный или постоянный ток, а направление переменного тока - переменный или переменный.

Практические примеры

Давайте посмотрим на два примера, чтобы лучше понять вещи.

1. В этой схеме источник 12 В постоянного тока подключен к нагрузке 2 Ом, рассчитать потребляемую мощность схемы?

В этой схеме полное сопротивление - это сопротивление нагрузки, поэтому R = 2, а входное напряжение составляет 12 В постоянного тока, поэтому V = 12 В. Текущий поток в схеме будет

I = V / R I = 12/2 = 6 ампер

Поскольку мощность (Вт) = напряжение (В) x ампер (A), общая мощность будет 12 x 6 = 72 Вт.

Мы также можем рассчитать значение без ампер.

Потребляемая мощность (Вт) = Мощность = Напряжение ² / Сопротивление Мощность = 12 ² /2 = 12 * 12/2 = 72 Вт

Какая бы формула ни использовалась, результат будет таким же.

2. В этой схеме общая потребляемая мощность через нагрузку составляет 30 Вт, если мы подключим источник постоянного тока 15 В, сколько тока потребуется?

В этой схеме полное сопротивление неизвестно. Входное напряжение питания составляет 15 В постоянного тока, поэтому V = 15 В постоянного тока, а мощность, протекающая через схему, составляет 30 Вт. Итак, P = 30 Вт. Текущий поток в схеме будет

I = P / VI = 30/15 2 Ампер

Итак, для включения схемы на 30 Вт нам нужен источник питания постоянного тока 15 В, который способен выдавать 2 А постоянного тока или более, поскольку для схемы требуется ток 2 А.