Rezistență în circuitele electrice
Înțelegerea modului în care funcționează rezistența în circuitele electrice este esențială pentru funcționarea și siguranța multor dispozitive electronice.Rezistența controlează fluxul de curent electric, asigurându -se că piesele electrice funcționează în siguranță.Acest articol analizează elementele de bază și utilizările rezistenței în circuite, cum ar fi modul în care rezistențele gestionează tensiunea și curentul, eliberează căldura și previn pericolele precum scurtcircuitele.Examinând cum curge curentul prin diferite materiale și configurații, aflăm despre rolul rezistenței în proiectarea și funcționarea circuitului.De la lămpi electrice simple la sisteme complexe de condiționare și siguranță a semnalului, rezistența este o parte cheie a asigurării eficienței și a duratei de viață a sistemelor electronice.Catalog
Figura 1: Rezistență
Rolul rezistenței în circuitele electrice
Rezistența ajută la controlul fluxului de curent și la asigurarea siguranței.Cea mai simplă formă de lampă electrică constă dintr -un filament metalic minuscul în interiorul unui bec de sticlă limpede.Când trec suficient curent electric prin filament, acesta strălucește alb-fierbinte („incandesce”) din cauza energiei termice produse.Lampa are două puncte de conectare conductive: unul pentru ca curentul să intre și celălalt pentru a ieși.
Importanța rezistenței în proiectarea circuitului
Înțelegerea și controlul rezistenței este esențială pentru proiectarea circuitelor electrice sigure și eficiente.Rezistențele sunt părți cheie ale circuitelor electronice, oferind o modalitate de a regla tensiunea și curentul pentru a asigura funcționarea corectă a dispozitivelor.
Reglarea tensiunii
Rezistențele ajută la asigurarea faptului că piesele electronice obțin cantitatea potrivită de tensiune de care au nevoie pentru a funcționa corect.În multe circuite, diferite părți au nevoie de diferite niveluri de tensiune pentru a funcționa bine.Rezistențele pot fi configurate în moduri specifice de a oferi aceste niveluri de tensiune necesare.
O metodă comună este utilizarea unui rezistor într -un circuit de divizor de tensiune.Un divizor de tensiune este un circuit simplu format din două rezistențe în serie.Prin împărțirea tensiunii dintre aceste rezistențe, tensiunea dorită poate fi obținută pentru diferite părți ale circuitului.
De exemplu, luați în considerare un circuit LED simplu.LED -urile sunt sensibile la tensiune și pot arde dacă tensiunea este prea mare.Pentru a preveni acest lucru, un rezistor este adesea plasat în serie cu LED -ul.Acest rezistor de serie scade tensiunea la un nivel sigur pentru LED.
Limitarea actuală
Rezistențele joacă un rol cheie în controlul cantității de curent care curge printr -un circuit.Acest lucru ajută la protejarea părților delicate precum LED -urile, tranzistoarele și circuitele integrate.Limitând curentul, rezistențele opresc aceste părți să se supraîncălzească și să se deterioreze.
De exemplu, luați în considerare un rezistor de limitare a curentului utilizat cu un LED.LED -ul este o parte delicată care poate gestiona doar o cantitate mică de curent.Dacă prea mult curge curent prin LED, acesta va produce prea multă căldură, ceea ce o poate deteriora sau distruge.Rezistența menține curentul la un nivel sigur.
Disiparea căldurii
Deoarece rezistențele limitează curentul, acestea transformă energia electrică în căldură.Acest proces, numit disiparea puterii, ajută la menținerea circuitului stabil.Alegerea valorilor rezistenței potrivite și a evaluărilor de putere se asigură că căldura produsă nu deteriorează rezistența sau părțile din apropiere.Rezistențele de mare putere sunt făcute pentru a gestiona mai multă căldură, ceea ce le face bune pentru situațiile în care se folosește multă putere.
Prevenirea scurtcircuitelor
Rezistențele ajută la protejarea circuitelor de scurtcircuite, ceea ce poate provoca prea mult flux de curent și pericole potențiale.Prin adăugarea de rezistență, acestea reduc șansa de deteriorare a pieselor și a cablurilor din cauza creșterilor bruște ale curentului.În cazul unui scurtcircuit, un circuit bine proiectat cu rezistențele drepte poate ajuta la limitarea daunelor și poate oferi siguranță prin controlul fluxului curent.
Condiționarea semnalului
Rezistențele sunt, de asemenea, utilizate în condiționarea semnalului pentru a regla nivelurile de semnal, semnalele de filtrare și formele de undă de formă.Alegând cu atenție valorile rezistenței, proiectanții se pot asigura că semnalele sunt în intervalul dorit pentru alte părți din circuit pentru procesare.De exemplu, în circuitele analogice, rezistențele pot fi utilizate cu condensatoare pentru a crea filtre care elimină zgomotul nedorit dintr -un semnal.
Asigurarea funcționării adecvate
Rezistențele se asigură că circuitele electronice funcționează corect.Ele gestionează tensiunea și curentul, care este necesar pentru fiabilitatea și durata de viață lungă a dispozitivelor electronice.Prin adăugarea de rezistențe în proiectele de circuit, inginerii pot crea sisteme electronice stabile, previzibile și sigure.
Variabile care afectează rezistența electrică
Mișcarea sarcinii electrice prin fire este adesea comparată cu apa care curge prin conducte.Rezistența la fluxul de încărcare electrică într -un circuit este similară cu frecarea și obstacolele care încetinesc apa într -o țeavă.Această rezistență face mai greu să curgă apa și să -și reducă viteza.La fel ca fluxul de apă, rezistența totală la debitul de sarcină electrică într -un fir este afectată de mai mulți factori clare.
În primul rând, lungimea totală a firelor afectează cantitatea de rezistență.Cu cât sârmă este mai lungă, cu atât va fi mai multă rezistență.Există o relație directă între cantitatea de rezistență și lungimea firului prin care trebuie să treacă sarcina.Dacă rezistența se întâmplă din cauza coliziunilor dintre transportatorii de încărcare și atomii din sârmă, atunci un fir mai lung va avea mai multe coliziuni.Mai multe coliziuni înseamnă mai multă rezistență.
În al doilea rând, grosimea (zona secțiunii transversale) a firelor afectează cantitatea de rezistență.Firurile mai largi au o zonă mai mare în secțiune transversală.Apa curge mai ușor printr -o țeavă mai largă decât printr -una îngustă, deoarece există o rezistență mai mică în țeava mai largă.În mod similar, cu cât firul este mai larg, cu atât mai puțină rezistență va exista la fluxul de încărcare electrică.Când alți factori sunt aceiași, încărcarea curge mai ușor prin fire mai largi, cu zone mai mari în secțiune transversală decât prin fire mai subțiri.
Un al treilea factor care afectează rezistența este materialul firului.Nu toate materialele conduc la fel de bine electricitatea.Unele materiale sunt conductoare mai bune și oferă o rezistență mai mică la fluxul de încărcare.Argintul este unul dintre cei mai buni conductori, dar este prea scump pentru cablarea gospodăriei.Cuprul și aluminiul sunt mai ieftine și se desfășoară suficient de bine pentru a fi utilizate în circuitele gospodărești.Capacitatea unui material de a efectua electricitate este arătată prin rezistivitatea acestuia.Rezistivitatea unui material depinde de structura și temperatura sa electronică.Pentru majoritatea materialelor, rezistivitatea crește cu temperaturi mai ridicate.
Rezistența și gestionarea actuală în circuite
Rezistența limitează cantitatea de curent din circuit, având în vedere o anumită tensiune din baterie.Această limitare ajută la gestionarea fluxului de curent electric în diferite părți ale circuitului.Când curentul se mișcă împotriva rezistenței, creează „frecare”, similar frecării mecanice, care apare ca căldură.Această căldură este produsă din cauza rezistenței pe care o fac electronii în timp ce se deplasează printr -un material.Rezistența ridicată a filamentului eliberează multă energie termică, ceea ce face ca acesta să strălucească și să producă lumină.Acest proces este cunoscut sub numele de incandescență, unde filamentul, de obicei din tungsten, devine suficient de fierbinte pentru a emite lumină vizibilă.Rezistența ridicată a filamentului este intenționată, asigurând că o cantitate semnificativă de energie electrică este transformată în lumină și căldură.Structura subțire a filamentului și proprietățile materialului se adaugă la rezistența sa ridicată, ceea ce o face o parte eficientă de emisie a luminii a circuitului.
În schimb, firele de conectare au o rezistență mult mai mică și abia se încălzesc în timp ce poartă același curent.Această diferență se datorează faptului că firele sunt de obicei fabricate din materiale foarte conductive, cum ar fi cupru sau aluminiu, care au o rezistență scăzută.Aceste fire sunt, de asemenea, de obicei mai groase decât filamentul, oferind o opoziție mai mică față de fluxul curent.Rezistența scăzută a firelor asigură că acestea efectuează bine electricitatea fără pierderi semnificative de energie sub formă de căldură.Diferența de rezistență între filament și fire de conectare evidențiază valoarea alegerii materialului și a proiectării în circuitele electrice.Rezistența ridicată a filamentului îi permite să funcționeze ca sursă de lumină, în timp ce rezistența scăzută a firelor asigură o livrare eficientă a curentului.Acest echilibru este esențial pentru funcționarea eficientă a dispozitivelor electrice, asigurându -se că energia este utilizată eficient și componentele nu sunt deteriorate de căldură excesivă.
Circuite deschise și închise
Figura 2: Circuite deschise și închise
Înțelegerea circuitelor deschise și închise este necesară pentru a înțelege modul în care funcționează sistemele electrice.Acești termeni descriu starea circuitului și capacitatea acestuia de a lăsa curentul electric.
Circuit deschis
Figura 3: Circuite deschise
Când un circuit este rupt în orice moment, acesta devine un circuit deschis.În această stare, fluxul de curent electric se oprește complet și orice dispozitive conectate la circuit, cum ar fi o lampă, vor înceta să funcționeze.Circuitul deschis împiedică electronii să se deplaseze prin circuit, oprind eficient orice activitate electrică.Într -un circuit deschis, puterea completă (tensiunea) de la sursă, ca o baterie, este prezentă la pauză.Mai mult decât atât, un circuit deschis ar putea avea o baterie, fire, o lampă și un comutator deschis.Când întrerupătorul este deschis, există un decalaj în circuit, iar lampa nu se aprinde, deoarece nu curge curent.
Circuit închis
Figura 4: Circuite închise
Într -un circuit închis, toate părțile sunt conectate și există o cale neîntreruptă pentru ca curentul să se deplaseze de la un capăt al sursei de alimentare la celălalt.Electronii călătoresc de la capătul negativ al bateriei, prin fire, în filamentul lămpii, apoi se întorc la capătul pozitiv al bateriei.Această buclă completă permite lămpii să funcționeze.Când circuitul este închis, curentul curge prin filament.Rezistența filamentului o face să se încălzească și să emită lumină.Căldura este produsă deoarece electronii rezistență la față pe măsură ce se deplasează prin filament, schimbând energia electrică în căldură.Un circuit închis include o baterie, fire, o lampă și un comutator închis.Când întrerupătorul este închis, circuitul este complet, iar lampa strălucește, deoarece curentul curge prin întreaga buclă.
Flux de electroni într -un circuit închis
Figura 5: Fluxul de electroni într -un circuit închis
Într -un circuit închis, electronii se deplasează într -o buclă continuă, permițând dispozitivelor electrice precum lămpile să funcționeze corect.Acest flux constant de electroni schimbă energia electrică în alte forme de energie, cum ar fi lumina și căldura, care sunt necesare pentru funcționarea diverselor dispozitive.Să explorăm cum funcționează acest proces:
Începeți la terminalul negativ
Procesul începe de la terminalul negativ al bateriei, unde electronii sunt împinși din cauza unei reacții chimice în interiorul bateriei.Această reacție creează mai mulți electroni, ceea ce face ca terminalul să fie încărcat negativ.Bateria acționează ca o pompă de electroni, în mișcare a electronilor din cauza reacțiilor care se petrec în interiorul acesteia.Aceste reacții determină o acumulare de electroni la terminalul negativ și o penurie la terminalul pozitiv, creând o tensiune între cele două terminale.
Mișcare prin fire conductive
Când electronii părăsesc terminalul negativ, ei călătoresc prin firele circuitului.Aceste fire sunt de obicei confecționate din cupru sau aluminiu, deoarece aceste materiale conduc foarte bine electricitatea.Rezistența scăzută a acestor materiale permite electronilor să curgă ușor, pierzând foarte puțină energie ca căldură.Această eficiență asigură că cea mai mare parte a energiei electrice ajunge la lampă.Pe măsură ce electronii se deplasează prin fire, se confruntă cu o rezistență foarte mică, permițând un transfer neted și eficient de energie.
Întâlnirea cu rezistență în filament
Când electronii ajung în filamentul lămpii, ei se confruntă cu multă rezistență.Filamentul este de obicei fabricat din tungsten, un material ales pentru că poate gestiona temperaturi ridicate și nu se topește ușor.Spre deosebire de firele care poartă electricitatea, filamentul este proiectat pentru a rezista fluxului de electroni.Această rezistență face ca electronii să se lovească în atomii din filament, transformând energia electrică în căldură.Căldura face ca atomii să se miște mai repede, determinând filamentul să se încălzească și să emită lumină.Acest proces de încălzire este modul în care funcționează becurile tradiționale incandescente.Rezistența ridicată a filamentului se asigură că devine suficient de fierbinte pentru a produce lumină și a rezista la căldura generată.
Continuarea prin circuit
După ce au trecut prin filament, electronii continuă să se deplaseze prin circuit.Rezistența filamentului a transformat multă energie electrică în lumină și căldură, dar electronii mai au suficientă energie pentru a reveni la baterie.Se deplasează prin firele rămase, îndreptându -se spre capătul pozitiv al bateriei.Finalul pozitiv, care are mai puțini electroni, atrage acești electroni, completând bucla.Acest flux continuu de electroni, condus de diferența de încărcare creată de baterie, este necesar pentru ca lampa să funcționeze.Bateria continuă să adauge electroni la capătul negativ, asigurând un flux continuu de curent prin circuit.
Menținerea unui circuit închis
Fluxul continuu de electroni într -un circuit închis este necesar pentru ca lampa să funcționeze bine.Orice pauză din circuit, ca o conexiune proastă, o siguranță suflată sau un comutator deschis, oprește fluxul de electroni și face ca lampa să nu mai funcționeze.Menținerea unui circuit închis este necesară pentru ca orice dispozitiv electric să funcționeze corect.Pauzele circuitului pot cauza probleme, cum ar fi dispozitivul care nu funcționează, posibilele deteriorări ale pieselor și riscurile de siguranță.De exemplu, un fir rupt sau o conexiune liberă poate crea un circuit deschis, oprind curentul și determinând ieșirea lămpii.În mod similar, o siguranță suflată poate sparge circuitul pentru a se proteja împotriva prea mult curent, oprind fluxul de electroni și prevenind deteriorarea sau pericolele de incendiu.
Rolul rezistenței în siguranță
Rezistența joacă un rol cheie în păstrarea în siguranță a circuitelor electrice.Ajută la controlul fluxului de curent și se asigură că dispozitivele funcționează corect, fără a se deteriora.De exemplu, rezistența în filamentul unei lămpi îi permite să producă lumină și să se încălzească fără a lăsa prea mult curentul.Acest lucru împiedică lămpile să se supraîncălzească și să se rupă.
În multe dispozitive electrice, rezistența este utilizată pentru a gestiona modul în care este gestionată energia electrică.Controlând rezistența, ne putem asigura că cantitatea potrivită de curent curge prin fiecare parte a unui circuit, care este necesară pentru siguranță și eficiență.
Îmbunătățirea siguranței cu rezistențe
Figura 6: Diagrama unui rezistor într -un circuit
Rezistențele sunt părți cheie pentru a face circuitele electrice mai sigure.Ele limitează nivelurile la niveluri sigure, protejând părți sensibile, cum ar fi LED -uri, tranzistoare și circuite integrate de daune din cauza prea mult curent.Fără rezistențe, aceste părți s -ar putea supraîncălzi și eșua.
Întreruptoarele și siguranțele sunt dispozitive de siguranță care utilizează rezistență pentru a opri supraîncălzirea și incendiile electrice.Întreruptoarele de circuit taie automat curentul atunci când depășește un nivel sigur.Ei folosesc rezistență pentru a sesiza fluxul de curent și pentru a rupe circuitul dacă curentul este prea mare.Siguranțele conțin un fir subțire care se topește atunci când curentul devine prea mare, oprind fluxul de energie electrică și prevenind deteriorarea circuitului.
Termistoarele și variatoarele ajută, de asemenea, la îmbunătățirea siguranței circuitului.Termistorii sunt rezistențe sensibile la temperatură care își schimbă rezistența cu schimbările de temperatură.În circuite, acestea ajută la protejarea împotriva condițiilor supracurente prin creșterea rezistenței atunci când temperaturile cresc, reducând astfel fluxul curent.Varistoarele sunt rezistențe dependente de tensiune care protejează circuitele împotriva vârfurilor de tensiune prin schimbarea rezistenței lor ca răspuns la tensiunea aplicată, prevenind astfel deteriorarea componentelor sensibile.
Depanare și reparare
Figura 7: Depanare și reparație
Înțelegerea modului în care funcționează rezistența și fluxul de curent este foarte utilă pentru rezolvarea problemelor electrice.Tehnicienii și inginerii folosesc aceste cunoștințe pentru a găsi probleme precum scurtcircuite, unde curentul merge pe un mod greșit sau circuitele deschise, unde calea curentă este ruptă.Ei privesc îndeaproape să găsească semne de deteriorare, cum ar fi piese arse sau izolație topită, care pot arăta unde s -a întâmplat un scurtcircuit.Prin măsurarea rezistenței cu un multimetru, verifică dacă există valori de rezistență scăzută care sugerează un scurtcircuit.
Pentru circuite deschise, tehnicienii folosesc testarea continuității cu un multimetru pentru a vedea dacă calea curentă este completă.O pauză a căii arată ca o rezistență infinită sau fără continuitate.Odată ce defecțiunea este găsită folosind instrumente precum multimetre și osciloscopuri, acestea înlocuiesc rezistențe, condensatoare sau alte părți defecte pentru a repara circuitul.După fixare, testează circuitul pentru a se asigura că funcționează corect și în siguranță.
Concluzie
Înțelegerea modului în care funcționează rezistența în circuitele electrice este esențială pentru funcționarea și siguranța multor dispozitive electronice.Rezistența controlează fluxul de curent electric, asigurându -vă că componentele electrice funcționează în siguranță.Acest articol analizează principiile și utilizările rezistenței în circuite, cum ar fi modul în care rezistențele gestionează tensiunea și curentul, eliberează căldura și opresc pericolele precum scurtcircuite.Examinând cum curge curentul prin diferite materiale și configurații, aflăm despre rolul rezistenței în proiectarea și funcționarea circuitului.De la lămpi electrice simple la sisteme complexe de condiționare și siguranță a semnalului, rezistența este o parte a asigurării eficienței și a duratei de viață a sistemelor electronice.
Întrebări frecvente [FAQ]
1. Ce este rezistența într -un circuit simplu?
Rezistența într -un circuit simplu măsoară cât de mult un material încetinește fluxul de curent electric.Când curge curentul electric, acesta mișcă electronii prin material.Rezistența face mai greu să se miște acești electroni, similar cu modul în care frecarea încetinește obiectele.Cu cât rezistența este mai mare, cu atât este mai dificil ca curentul să curgă.
2. Cum afectează rezistența curentul electric?
Rezistența afectează direct fluxul de curent electric într -un circuit.Rezistența mai mare reduce fluxul de curent, ceea ce înseamnă că mai puțini electroni pot trece prin material.În schimb, o rezistență mai mică permite să curgă mai mult curent.Gândiți -vă la ea ca la o țeavă de apă: o țeavă mai restrânsă (rezistență mai mare) lasă mai puțină apă, în timp ce o țeavă mai largă (rezistență mai mică) permite să curgă mai multă apă.
3. Cum arătați rezistență într -un circuit?
În diagramele de circuit, rezistența este prezentată folosind un simbol al rezistenței, care arată ca o linie în zig -zag.Valoarea rezistenței, măsurată în ohmi (ω), este de obicei scrisă lângă acest simbol.Acest lucru ajută la identificarea cât de mult rezistența va încetini curentul din circuit.
4. Care este principiul de bază al rezistenței electrice?
Principiul de bază al rezistenței electrice este acela că se opune fluxului de curent electric.Diferite materiale au diferite niveluri de rezistență.Materialele cu rezistență ridicată, cum ar fi cauciucul, fac greu să curgă curent, în timp ce materialele cu rezistență scăzută, precum cuprul, permit curentul să curgă cu ușurință.Rezistența depinde de factori precum proprietățile, temperatura, lungimea și zona secțiunii transversale.
5. Ce se întâmplă dacă nu există rezistență într -un circuit?
Dacă nu există rezistență într -un circuit, curentul electric ar curge fără nicio restricție.Acest flux necontrolat poate duce la mai multe probleme.Supraîncălzirea poate apărea, deoarece firele și componentele se pot supraîncălzi fără rezistență pentru a limita curentul, ceea ce poate provoca arsuri sau pericole de incendiu.Deteriorarea componentelor electronice sensibile se poate întâmpla din cauza curentului excesiv, ceea ce duce la defecțiuni sau eșec.Pericolele de siguranță pot apărea, deoarece curenții mari pot crea condiții periculoase, inclusiv șocuri electrice și scurtcircuite, care prezintă riscuri grave pentru utilizatori și echipamente.