Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Замкнутая и незамкнутая цепь — Физика

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Определение 1Электрической цепью называют совокупность различных устройств, которые соединены конкретным способом. Устройства должны обеспечивать путь для протекания электрического тока. Существуют различные элементы цепей, служащие для множества целей. Для описания цепей используют специальные электрические схемы.

В состав любой электрической цепи входят различные элементы:

  • Источник тока. Им, например, может быть катушка индуктивности, по которой какое-то время шёл ток внешнего источника.
  • Проводники;
  • Нагрузка (в случае, когда она постоянна, вольтамперная характеристическая кривая представляет собой прямую линию, а такая нагрузка зовётся линейной;
  • Устройства защиты;
  • Устройства коммутации.

Различают два вида элементов цепей: пассивные и активные. Пассивные представляют собой соединительные элементы и приборы-потребители электроэнергии, также к пассивным элементам относятся конденсаторы. Активные элементы — это электродвигатели, заряжающиеся аккумуляторы и различные источники ЭДС.

Ничего непонятно? Попробуй обратиться за помощью к преподавателямОсновными видами электрической цепи являются:

  • замкнутая цепь;
  • разомкнутая цепь.

Замкнутая электрическая цепь

Замкнутая электрическая цепь представляет собой наиболее простой вариант соединения. Она состоит из источника электроэнергии, потребителя энергии и соединительных элементов в виде обычных проводов. Провода в цепи обязательно должны иметь соответствующую изоляцию.

Для обеспечения стабильной и безопасной работы электрической цепи ее снабжают дополнительными элементами. Обычно это различные электроизмерительные приборы, с помощью которых можно узнать величину токов и напряжения в системе, а также оборудование, предназначенное для замыкания и размыкания цепи.

Все замкнутые электрические цепи делят на две основные части:

  • внешний участок цепи;
  • внутренний участок цепи.

None Внешний участок цепи – система, которая состоит из одного или многих потребителей электроэнергии, а также соединительных проводов и приборов. Все они должны иметь отношение к функционированию замкнутой электрической цепи.

[custom_ads_shortcode1]

Закон Ома для замкнутой цепи

Закон Ома для замкнутой цепи показывает определенное значение тока. Оно зависит от сопротивления источника, а также от сопротивления нагрузки.

Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника цепи, будет равняться отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений. При этом источник тока должен обладать внешним и внутренним нагрузочным сопротивлением.

Такая зависимость была установлена экспериментальным путем в начале 19 века известным ученым Георгом Омом. Он смог описать результаты собственных опытов на математическом уровне. Закон Ома для замкнутой цепи можно записать следующим образом:

$I=\frac{\varepsilon}{R+r}$, где:

  • $\varepsilon$ – электродвижущая сила источника напряжения;
  • $R$ – сопротивление всех внешних элементов цепи, например, проводников;
  • $r$ – внутреннее сопротивление источника напряжения;
  • $I$ – сила тока в цепи.

Расчет для определенного сопротивления: $\varepsilon =I_1 R_1+I_1 r$$\varepsilon=I_2 R_2+I_2 r$После подстановки полученных значений, формула приобретает такой вид:

$\varepsilon=\frac{I_1 I_2 (R_2-R_1)}{I_2-I_1}$.

[custom_ads_shortcode2]

Физический смысл закона Ома для замкнутой цепи

Замкнутую электрическую цепь образуют потребители энергии только в совокупности с источником тока. Проходящий через потребителя ток течет обратно на его источник. Поэтому току достается сопротивление проводника и источника. Из этого складывается общее сопротивление замкнутой цепи, предполагающее наличие двух основных компонентов: сопротивления источника и сопротивления потребителя.

Зависимость тока от электродвижущей силы источника и сопротивления цепи состоит в следующем: при увеличении электродвижущей силы увеличивается энергия носителей зарядов. Это означает, что становится больше скорость движения зарядов в упорядоченном виде. Если увеличивать размер сопротивления цепи, то величина тока будет уменьшаться.

Электрический ток проходит непосредственно по замкнутой цепи. Необходимым условием присутствия электрического тока в цепи является надежное соединение проводниками источника электрической энергии с ее потребителями. Источники электроэнергии для различной аппаратуры: генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы.

В различных устройствах могут быть определенные потребители электрической энергии. Чаще всего их представляют в виде ламп или электродвигателей.

Для соединения источников и потребителей в единую цепь применяют проводники из металлических материалов. Они могут быть различной формы, длины, толщины, обладать определенными техническими характеристиками. Часто применяются проводники, которые изолированы друг от друга.

Для возникновения тока нужно соединить две точки. Одна из точек должна иметь избыток электронов по отношению ко второй точке. Специалисты называют это действие созданием разности потенциалов между точками. Источник тока служит основным элементом для создания разности потенциалов в электрической цепи.

Любой потребитель электрической энергии может являться нагрузкой в цепи. Нагрузка создает сопротивление электрическому току. Электрический ток активно используют при создании искусственного освещения. Электрические простые лампы служат примером замкнутой цепи.

[custom_ads_shortcode3]

Разомкнутая электрическая цепь

При отсутствии потока электронов необходимое напряжение источника цепи проявляется на концах точек. В этом случае происходит процесс ожидания момента соединения концов точек, чтобы возобновился поток электронов. Подобную цепь принято называть разомкнутой.

Замечание 1При связывании концов проводов, где существует разрыв, непрерывность всей цепи восстановится. Это основная разница между замкнутой и разомкнутой цепью.

При включении и выключении электрического освещения (лампы) требуется постоянно осуществлять похожие процессы. Для удобства были созданы специальные устройства. Их называют выключателями или рубильниками. Они в автоматическом режиме по сигналу управляют потоками электронов в цепи, контролируя начало и завершение работы электрооборудования.

Рубильники практически идеально подходят для демонстрации принципов работы выключателей и переключателей.

Однако при использовании их в больших электрических цепях существует немало проблем, связанных с безопасной эксплуатацией.

Так как некоторые части рубильников открыты, то существует вероятность воспламенения горючих материалов. В современных выключателях применяются подвижные и неподвижные контакты, которые защищены изоляционным корпусом.

Простейшая электрическая цепь представляет собой нагрузку, подключенную к источнику питания. Для управления цепью в нее последовательно включают замыкающее устройство (ключ).

При замкнутом ключе в цепи возникает электрический ток, а при разомкнутом – ток отсутствует.

Именно от положения ключа (замкнутый/разомкнутый) напрямую зависит – какую электрическую цепь называют замкнутой и разомкнутой.

[custom_ads_shortcode1]

Элементы электрической цепи

Электрическую цепь разделяют на 2 участка – внутренний и внешний. Внутренним участком считается источник питания постоянного или переменного напряжения, а внешним – система, состоящая из нагрузки, приборов и соединительных элементов (проводов).

Кроме обязательных элементов – источника и нагрузки, электрическая цепь может включать выключатели, реостаты, предохранительные плавкие или автоматические устройства, приборы контроля и индикации.

Нагрузка также может состоять из различных потребителей, подключенных в цепь параллельно или последовательно.

[custom_ads_shortcode2]

Какую электрическую цепь называют замкнутой

Замкнутая цепь – это непрерывный контур, по которому через нагрузку протекает электрический ток. Простым примером является настольная лампа, подключенная в розетку. Пока кнопка выключателя выключена – цепь разомкнута.

При этом тока в цепи нет, поэтому лампочка не светит. Когда же кнопка включена, в цепи протекает электрический ток и лампа светит. Такая цепь называется замкнутой.

Более сложным примером является электросеть квартиры, которая представляет разветвленную цепь, состоящую из отдельных цепей, подключенных к одному источнику. Каждая ветка имеет свой выключатель. В этом случае вся цепь может быть замкнутой или только отдельный ее участок.

[custom_ads_shortcode3]

Какую электрическую цепь называют разомкнутой

Разомкнутая цепь имеет на своем участке, общем для всех потребителей, разрыв в виде отключенного контакта ключа. При этом цепь может оставаться под напряжением, но ток в такой цепи не возникает.

[custom_ads_shortcode1]

Электрический ток в замкнутой цепи

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (в металлическом проводнике – электронов). Ток возникает при замыкании выключателя, образуя непрерывный путь через нагрузку от одного потенциала к другому отличному от первого: от «+» к «-» или от фазы к нулю. Величина тока рассчитывается по закону Ома для замкнутой цепи.

Сила тока I (А) равна отношению электродвижущей силы источника ℰ (В) к суме сопротивления внешней нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока R+r (Ом). I = ℰ/(R+r).

[custom_ads_shortcode2]

Определение работы электрической цепи

На практике определить замкнута или разомкнута цепь можно несколькими способами. Наиболее распространенным способом является индикация. Например, такие электробытовые приборы как светильники не нуждаются в индикации и их включение можно определить визуально, то есть если светильник светит, значит цепь замкнута.

Другой вопрос – как определить цепь с нагревательными или удаленными приборами? Как правило, такая техника как утюг, конвектор, электроплита и др. оснащаются индикаторной лампочкой, свечение которой оповещает о замкнутой цепи и работе прибора.

При нагревании до определенной температуры, термостат отключается, разрывая цепь, и лампочка потухает. После остывания на величину температурного гистерезиса, термостат снова включает цепь, в результате чего лампочка индикатора снова светится.

Индикация позволяет определить лишь наличие тока в цепи, а его величина определяется с помощью амперметра, включенного в цепь последовательно. Применяются также бесконтактные измерительные приборы – токоизмерительные клещи. Это портативный прибор, с помощью которого можно измерить электрический ток в изолированном проводнике. Наличие тока всегда свидетельствует о том, что цепь замкнута.

Источник: https://fizikinfo.ru/drugoe/zamknutaya-i-nezamknutaya-tsep/

Замкнутая электрическая цепь и ее элементы. Закон Ома для замкнутой электрической цепи и ее участков

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Электрическая цепь и ее элементы

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой.

Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока.

Источником тока в электрической цепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

последовательная электрическая цепь;

параллельная электрическая цепь;

последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи Iобщ будет равен току через каждый элемент цепи:

Iобщ=I1=I2=I3

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=Uа-б=U1+U2+U3

Параллельная электрическая цепь.

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

Iобщ=I1+I2+I3

Падение напряжения на всех резисторах будет равно приложенному напряжению к участку с параллельным соединением резисторов:

E=U1=U2=U3

Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Закон Ома для участка цепи.

Величина тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

I = U/R

Из этой формулы вытекают две другие расчетные формулы: U = I*R R = U/I

Где I — ток, протекающий в участке цепи (в А); U — напряжение на концах участка цепи (в В); R — сопротивление участка цепи (в Ом).

Закон Ома для замкнутой цепи.

Величина тока в неразветвленной замкнутой цепи, содержащей один источник тока прямо пропорциональна Э.Д.С. источника и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

I = E/(R + r)

Где E — Э.Д.С. источника (в В); r — инутреннее сопротивление источника тока; .

Из формулы для замкнутой цепи вытекают следующие две формулы:

I*R = E — I*r U = E — I*r

Следовательно, напряжение на зажимах источника тока меньше его Э.Д.С. на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. При разомкнутой внешней цепи источника напряжение на зажимах источника равно его Э.Д.С.

Ток в неразветвленной замкнутой электрической цепи с несколькими источниками и несколькими сопротивлениями, определяется по следующей формуле:

I = En/(Rm + rn)

Где En = E1 — E2 + E3 алгебраическая сумма — Э.Д.С. всех источников (в В); rn = r1 + r2 + r3 — сумма внутренних сопротивлений источников тока; Rm = R1 + R2 + R3 — сумма сопротивлений внешней цепи.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/7_97268_zamknutaya-elektricheskaya-tsep-i-ee-elementi-zakon-oma-dlya-zamknutoy-elektricheskoy-tsepi-i-ee-uchastkov.html

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Определение 1

Электрической цепью называют совокупность различных устройств, которые соединены конкретным способом. Устройства должны обеспечивать путь для протекания электрического тока. Существуют различные элементы цепей, служащие для множества целей. Для описания цепей используют специальные электрические схемы.

В состав любой электрической цепи входят различные элементы:

  • Источник тока. Им, например, может быть катушка индуктивности, по которой какое-то время шёл ток внешнего источника.
  • Проводники;
  • Нагрузка (в случае, когда она постоянна, вольтамперная характеристическая кривая представляет собой прямую линию, а такая нагрузка зовётся линейной;
  • Устройства защиты;
  • Устройства коммутации.

Различают два вида элементов цепей: пассивные и активные. Пассивные представляют собой соединительные элементы и приборы-потребители электроэнергии, также к пассивным элементам относятся конденсаторы. Активные элементы — это электродвигатели, заряжающиеся аккумуляторы и различные источники ЭДС.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Основными видами электрической цепи являются:

  • замкнутая цепь;
  • разомкнутая цепь.

5. Сопротивление и выключатель

Замкнутая и разомкнутая электрическая цепь

Сопротивление и выключатель 

Электрическая цепь, рассмотренная нами на предыдущем уроке, не имеет практического применения. Более того, она очень опасна для сборки (прямое соединение полюсов источника напряжения цельным куском провода).

Причина этой опасности состоит в том, что величина тока короткого замыкания очень большая, и соответственно высвобождается очень много энергии (обычно в форме высокой температуры).

Электрические цепи для практического применения строятся таким образом, чтобы энергия в них высвобождалась наиболее безопасным способом.

Одним из практических и наиболее популярных вариантов использования электрического тока является электрическое освещение.

Самая простая электрическая лампа представляет собой очень тонкую металлическую «нить», помещенную в прозрачную стеклянную колбу.

Если через эту нить проходит достаточный электрический ток, то она начинает светиться (накаляется) и выделять тепловую энергию. Как и у батареи, у электрической ламы имеется два контакта (для входа и выхода электронов).    

При подключении лампочки к источнику напряжения, электрическая цепь выглядит примерно так:

Когда электроны проходят через тонкую металлическую нить лампы, они сталкиваются с большим количеством препятствий для движения, чем при прохождении через толстый провод.

Это противодействие электрическому току зависит от типа материала, площади его поперечного сечения и температуры. Технически всё это называется сопротивлением.

(Можно сказать, что у проводников низкое сопротивление, а у диэлектриков — высокое) Сопротивление служит для ограничения количества тока, подаваемого напряжением батареи, в цепи.

При движении электронов по участку цепи имеющему сопротивление, возникает процесс «трения». Это трение, так же как и механическое трение, проявляется в виде выделения тепла.

 Сопротивление нити лампы приводит к выделению относительно большого количества тепловой энергии. Этой энергии достаточно, чтобы раскалить нить добела и произвести свет.

В то же самое время провода, соединяющие лампу с батареей (сопротивление которых значительно меньше сопротивления нити лампы), вряд ли даже нагреются, проводя такое же количество тока.

В нашей новой цепи, как и в короткозамкнутой цепи из предыдущего урока, обрыв в любой её точке остановит поток электронов во всей цепи. Это означает что лампочка перестанет светиться:

Как и в разорванной цепи из предыдущего урока, в нашей цепи, при отсутствии потока электронов, весь потенциал (напряжение) батареи проявляется на концах обрыва, ожидая момента соединения этих концов и возобновления потока электронов. Такая цепь называется разомкнутой. Если мы свяжем концы проводов в месте обрыва, то непрерывность цепи будет восстановлена. Такая цепь называется замкнутой.

Постоянно разрывать и скручивать провода, чтобы выключить или включить лампочку, неудобно. Поэтому, для преднамеренного разрыва цепи было разработано специальное устройство, названное выключателем. Установив такой выключатель в любом удобном месте, мы дистанционно можем управлять потоком электронов в цепи:

Реальным примером данной схемы может послужить установленный на стене дома выключатель, который может управлять смонтированной в конце коридора или даже в другой комнате лампой.

Выключатель состоит из пары проводящих контактов (сделанных, как правило из какого-либо металла), и замыкающего (размыкающего) их рычага или кнопки, приводимых в движение механическим способом.

Когда контакты замкнуты, электроны могут течь через выключатель, непрерывность цепи восстанавливается. При разомкнутых контактах, воздушный зазор между ними мешает потоку электронов двигаться, и цепь разрывается.

На рисунке ниже представлен наиболее наглядный вид выключателя — рубильник:

Рубильник представляет собой подвижный ножевой контакт, который входит в физический контакт с одним или несколькими стационарными контактами.

Показанный на фотографии выше рубильник имеет фарфоровое основание (отличный изоляционный материал) и медные контакты (отличный проводник).

 Ручка его изготавливается из пластмассы, для предохранения оператора от поражения электрическим током при пользовании данным прибором.

Рубильник с двумя стационарными контактами: 

Этот рубильник имеет один ножевой контакт и два стационарных, а значит, он может разорвать более чем одну цепь. Но пока нам это не очень важно, просто вы должны иметь базовые понятия о выключателе, и принципе его работы.

Рубильники идеально подходят для  демонстрации принципов работы выключателей и переключателей, но при использовании их в мощных электрических цепях можно столкнуться с рядом проблем безопасности.

Токоведущие части в рубильнике открыты, поэтому любые искрения, которые возникают между ножевым и стационарным контактами, могут вызвать воспламенение горючих материалов.

 Для снижения этого риска, у большинства современных выключателей и переключателей подвижные и стационарные контакты заключены в изоляционный корпус. На фотографии показано несколько типов современных переключателей:

В соответствии с терминами «замкнутая цепь» и «разомкнутая цепь», выключатель, контакты которого находятся в соприкосновении друг с другом (например: рубильник, ножевой контакт которого соприкасается со стационарным контактом), обеспечивая тем самым непрерывный поток электронов через него, называется замкнутым выключателем. И наоборот, выключатель, контакты которого не соприкасаются друг с другом (например: рубильник, ножевой контакт которого не соприкасается со стационарным), тем самым не давая возможности электронам проходить через него, называется разомкнутым выключателем.

Краткий обзор:

  • Сопротивление — это мера противодействия электрическому току.

  • Короткое замыкание электрической сети практически не оказывает сопротивления потоку электронов. Короткое замыкание очень опасно при использовании высоковольтных источников питания, потому что возникающий при нем большой ток приводит к высвобождению большого количества  тепловой энергии.

  • Разомкнутая цепь — это такая цепь, в которой непрерывный путь для потока электронов нарушен обрывом.

  • Замкнутая цепь — это цепь, которая не имеет обрывов, то есть непрерывная цепь.

  • Устройство, предназначенное для контролируемого замыкания и размыкания цепи, называется выключателем.  

Источник: http://www.radiomexanik.spb.ru/1.-osnovyi-elektroniki/5.-soprotivlenie-i-vyiklyuchatel.html

Booksm
Добавить комментарий