Для человека, который знаком с электрооборудованием на уровне простого пользователя (знает, где и как включить/выключить), многие используемые электриками термины кажутся какой-то бессмыслицей. Например, чего только стоит «падение напряжения» или «сборка схемы». Куда и что падает? Кто разобрал схему на детали? На самом же деле, физический смысл происходящих процессов, скрывающийся за большинством этих слов, вполне доступен для понимания даже со школьными знаниями физики.
Чтобы объяснить, что такое падение напряжения, необходимо вспомнить, какие вообще напряжения бывают в электрической цепи (имеется в виду глобальная классификация). Их всего два вида. Первый – это напряжение источника питания, который подключен к рассматриваемому контуру. Оно может также называться приложенным ко всей цепи. А второй вид – это именно падение напряжения. Может быть рассмотрено как в отношении всего контура, так и любого отдельно взятого элемента.
На практике это выглядит следующим образом. Например, если взять обычную лампу накаливания, вкрутить ее в патрон, а провода от него подключить в домашнюю сетевую розетку, то приложенное к цепи (источник питания – проводники – нагрузка) напряжение составит 220 Вольт. Но стоит нам с помощью вольтметра замерять его значение на лампе, как станет очевидно, что оно немного меньше, чем 220. Так произошло потому, что возникло падение напряжения на электрическом сопротивлении, которым обладает лампа.
Пожалуй, нет человека, который не слышал бы о законе Ома. В общем случае формулировка его выглядит так:
I = U / R,
где R – активное сопротивление цепи или ее элемента, измеряется в Омах; U – электрическое напряжение, в Вольтах; и, наконец, I – ток в Амперах. Как видно, все три величины непосредственно связаны между собой. Поэтому, зная любые две, можно довольно просто вычислить третью. Конечно, в каждом конкретном случае придется учесть род тока (переменный или постоянный) и некоторые другие уточняющие характеристики, но основа – вышеуказанная формула.
Электрическая энергия – это, фактически, движение по проводнику отрицательно заряженных частиц (электронов). В нашем примере спираль лампы обладает высоким сопротивлением, то есть замедляет перемещающиеся электроны. Благодаря этому возникает видимое свечение, но общая энергия потока частиц снижается. Как видно из формулы, с уменьшением тока уменьшается и напряжение. Именно поэтому результаты замеров у розетки и на лампе различаются. Эта разница и является падением напряжения. Данная величина всегда учитывается, чтобы предотвратить слишком большое снижение на элементах в конце схемы.
Падение напряжения на резисторе зависит от его внутреннего сопротивления и силы протекающего по нему тока. Также косвенное влияние оказывают температура и характеристики тока. Если в рассматриваемую цепь включить амперметр, то падение можно определить умножением значения тока на сопротивление лампы.
Но далеко не всегда удается вот так просто с помощью простейшей формулы и измерительного прибора выполнить расчет падения напряжения. В случае параллельно подключенных сопротивлений нахождение величины усложняется. На переменном токе приходится дополнительно учитывать реактивную составляющую.
Рассмотрим пример с двумя параллельно включенными резисторами R1 и R2. Известно сопротивление провода R3 и источника питания R0. Также дано значение ЭДС – E.
Приводим параллельные ветки к одному числу. Для этой ситуации применяется формула:
R = (R1*R2) / (R1+R2)
Определяем сопротивление всей цепи через сумму R4 = R+R3.
Рассчитываем ток:
I = E / (R4+r)
Остается узнать значение падение напряжения на выбраном элементе:
U = I * R5
Здесь множитель "R5" может быть любым R - от 1 до 4, в зависимости от того, какой именно элемент схемы нужно рассчитать.
