Как найти i1 i2 i3

Решение задач по электротехнике — Делитель тока

Общая схема делителя тока представлена на рис.1.

Рис.1 – Общая схема делителя тока

Из схемы видно, что ток I разделяется на сопротивлениях на токи I1, I2, I3, … , In (n – количество резисторов).

Нам известен ток I и сопротивления резисторов. Необходимо найти токи I1, I2, I3, … , In .

Выведем общую формулу, позволяющую найти любой из этих токов.

Для нахождения тока I заменим все резисторы эквивалентным (рис.2).

Рис.2 – Схема замещения резисторов

Сопротивление эквивалентного резистора найдем из формулы параллельного соединения сопротивлений:

К сопротивлению Rэкв приложено напряжение U, значит, через этот резистор потечет ток I, который можно найти по закону Ома:

Значение тока I и сопротивление Rэкв нам известно, выразим U из формулы (2) и подставим

Rэкв из выражения (1):

Выведем общую формулу, по которой можно найти ток в любой ветке.

Найдем значение тока в i-й ветке по закону Ома:

Сопротивление резистора Ri (резистор в i-й ветке) нам известно, подставим в формулу (4) U

То есть, по формуле

можно найти ток в любой ветке.

В случае с двумя сопротивлениями (n=2) формула существенно упрощается.

Схема делителя тока с двумя резисторами показана на рис.3.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.

Напряжение при последовательном соединении

Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:

Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает.

Параллельное соединение резисторов

Параллельное соединение – это соединение, при котором резисторы соединяются между собой обоими контактами. В результате к одной точке (электрическому узлу) может быть присоединено несколько резисторов.

Общее сопротивление R_общ

При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток. Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается.

Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора.

Формула общей проводимости при параллельном соединении резисторов:

Формула эквивалентного общего сопротивления при параллельном соединении резисторов:

Для двух одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно половине одного отдельного резистора:

Соответственно, для n одинаковых резисторов общее сопротивление будет равно значению одного резистора, разделенного на n.

Напряжение при параллельном соединении

Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Поэтому при параллельном соединении на все резисторы упадет одинаковое напряжение.

Электрический ток при параллельном соединении

Через каждый резистор течет ток, сила которого обратно пропорциональна сопротивлению резистора. Для того чтобы узнать какой ток течет через определенный резистор, можно воспользоваться законом Ома:

Смешанное соединение резисторов

Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно. В свою очередь, смешанное соединение бывает последовательного и параллельного типов.

Общее сопротивление R_общ

Для того чтобы посчитать общее сопротивление смешанного соединения:

• Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением.
• Вычисляют общее сопротивление для каждого отдельного участка.
• Вычисляют общее сопротивление для всей цепи смешанного соединения.

Так это будет выглядеть для схемы 1:

Также существует более быстрый способ расчета общего сопротивления для смешанного соединения. Можно, в соответствии схеме, сразу записывать формулу следующим образом:

• Если резисторы соединяются последоватеьно — складывать.
• Если резисторы соединяются параллельно — использовать условное обозначение «||».
• Подставлять формулу для параллельного соединения где стоит символ «||».

Так это будет выглядеть для схемы 1:

После подстановки формулы параллельного соединения вместо «||»:

Последовательное соединение резисторов

Это такое соединение, при котором все элементы идут один за одним без разветвлений.

Свойства последовательного соединения

1. Ток во всех резисторах одинаков- I₁ = I₂ = I₃;

2. Общее напряжение цепи равно сумме напряжений на всех резисторах- U=U₁ + U₂ + U₃;

3.Сопротивление по отношению к входным зажимам называется входным сопротивлением и равно сумме сопротивлений участков — R_вх= R₁ + R₂ + R₃;

4. Чем больше сопротивление участка, тем больше на нём падает напряжение-.

Параллельное соединение резисторов

Это такое соединение, при котором все начала элементов соединяются в одну точку, а все концы в другую и к этим точкам подводится напряжение.

Свойства параллельного соединения резистора:

1. Общее напряжение цепи равно напряжению на каждом участке-

U = U₁ = U₂ = U₃

2. Общий ток цепи равен сумме токов на всех участках- I = I₁ + I₂ + I₃

3. Чтобы найти входное сопротивление, рассчитывают вначале величину обратную входному сопротивлению

— проводимость (G)

Общая проводимость цепи равна сумме проводимостей на каждом участке.

G = G₁ + G₂ + G₃

4.Чем больше сопротивление участка, тем меньше ток, протекающий на нем.

При параллельном соединении двух резисторов формулу входного сопротивления можно преобразовать

1.

2. Если известен общий ток, то можно найти ток ветви, умножив общий ток на сопротивление противоположной ветви и разделить на сумму сопротивлений ;.

1.Являются ли при последовательном соединении резисторов напряжения участков пропорционально сопротивлениям этих участков.

2.Являются ли при параллельном соединении резисторов токи ветвей пропорциональны сопротивлениям этих ветвей.

3.Укажите по какому из приведенных математических выражений нельзя рассчитать входное сопротивление двух параллельно соединенных резисторов.

а) ; б);

в) ; г)

Смешанное соединение резисторов

Пример решения задач

U = 60 В

R₁ = 7 Ом

R₂ = 12 Ом

R₃ = 4 Ом

Найти: I₁; I₂; I₃ = ?

РезисторыR2 и R3 параллельны между собой, и их общее сопротивление R_2-3 последовательно с R₁.

R_вх = R₁ + R_{2 — 3}

R_вх =R₁+R_2∙3= 7 + 3 = 10 Ом

I₁ = I_вх = 6 А

U_{2 — 3} = I∙R_{2 — 3} — находим напряжение разветвленного участка:

U_{2 — 3} = I∙R_{2 — 3} = 6∙3 = 18 В

U_{2 — 3} = U₂ = U₃ =18 В— т.к. параллельное соединение

А

U=240 В

R₁ = 20 Ом

R₂ = 120 Ом

R₃ = 40 Ом

R₄ = 60 Ом

R₅ = 30 Ом

R₆ = 20 Ом

Найти: I_1-6 -?

; R_4-6 = 10 Ом;

;

; R_2-3 = 30 Ом

R_вх=R₁+R_2-3+R_4-6 = 20 + 30 +10 = 60 Ом;

; ;

U_2-3 =I∙R_2-3= 4∙30 = 120 В;

U_{2 — 3} = U₂ = U₃;

;

;

;

;

;

E = 20 В

R₁ = 9Ом

R₂ = 6 Ом

R₃ = 12 Ом

R₄ = 1 Ом

R₅ = 2 Ом

R₆ = 1 Ом

R_4-6 = R₄ + R₅ + R₆;

;

R_3-6 = 3 Ом;

R_вх = R₁ + R_3-6 +R₂ = 9 + 3 + 6 = 18 Ом;

I=;

I=I₁=I₂=1А;

U_3-6=I∙R_3-6=1∙3=3В;

I₃=;

I₄=I₅=I₆=;

Cоставим подробное уравнение баланса мощностей для данной схемы. Оно является проверкой правильности решения задачи.

EI=I 2 ₁∙ R₁+ I 2 ₂∙ R₂+ I 2 ₃R₃+I₄ 2 R₄+I 2 ₅R₅+I 2 ₆+I 2 Ri;

20∙1=1 2 ∙9+1 2 ∙6+(0,25) 2 ∙12+(0,75) 2 ∙1+(0,75) 2 2+(0,75) 2 1+1 2 ∙2;

20Вт=20Вт- задача решена верно

ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Делитель напряжения- это четырёхполюсник, у которого коэффициент передачи меньше единицы.

Рассмотрим Г-образный делитель напряжения:

Чтобы рассчитать коэффициент передачи надо:

1) задать произвольное напряжение на входе;

2) любым способом рассчитать напряжение на выходе;

3) взять их отношения:

Для Г-образного делителя напряжения коэффициент передачи равен отношению выходного сопротивления ко входному.

б) Делитель напряжения с плавной регулировкой (потенциометр)

В нижнем положении движка К = 0. В верхнем положении движка К = 1

Так как в нижнем положении движка U_вых снимается с провода, а в верхнем положении

U_вых = U_вх

1) Если нагрузка не подключена делитель работает в режиме холостого хода и зависимость коэффициент передачи от положения движка потенциометра будет линейной.

2) Если подключить нагрузку, то характеристика будет другой: получается параллельное соединение R_н и r и при том же положении движка напряжение участка уменьшается. В крайних точках коэффициент передачи остаётся тем же, поэтому характеристика становиться нелинейной.

Вывод: чтобы при подключении нагрузки характеристика приближалась к линейной нагрузку нужно брать высокоомную.

1.Изменяется ли коэффициент передачи делителя напряжения в пределах 0 ÷ ∞?

2.Укажите среди приведенных математических выражений формулы коэффициента передачи по напряжению Г-образного делителя напряжения.

а) ; б); в); г); д).

3.Являются ли характеристики делителя напряжения с плавной регулировкой линейной, если подключить к делителю нагрузки?

Как найти i1 i2 i3

Методы расчета сложных электрических цепей постоянного тока

1. Метод узловых и контурных уравнений

В основе расчета лежат первый и второй законы Кирхгофа.

1. Произвольно выбираем направление тока в ветвях.
2. Произвольно выбираем направление обхода контуров.
3. Зная полярность источников, проставляем направление ЭДС.
4. Составляем уравнения по первому закону Кирхгофа. Их должно быть но одно меньше, чем узлов.
5. Составляем уравнения по второму закону Кирхгофа из расчета, что общее число уравнений должно быть равно числу неизвестных токов.
6. Решаем систему уравнений и определяем неизвестные токи. Если в результате решения какой-либо ток окажется со знаком «-», то направление его противоположно выбранному.

1. ₁=r₂=0;
2. ₁=0,3 Ом;
3. ₂=1 Ом;
4. ₃=24 Ом;

Итак, на схеме рисуем направления токов (1), согласно этим направлениям рисуем направления обхода контуров (2), согласно полярности источников питания ставим направления ЭДС (3).

Согласно первому закону Кирхгофа:

Теперь составляем уравнения по второму закону Кирхгофа:

Получили систему из трех уравнений. Решаем.

2. Метод контурных токов

Этот метод основан на втором законе Кирхгофа

1. Произвольно выбираем направления контурных токов (рис.2)
2. Составляем уравнения по второму закону Кирхгофа.

3. Определяем истинные токи.

3. Метод двух узлов

Этот метод применим для схем, имеющих два узла

1. Выбираем произвольно направления токов в ветвях в одну и ту-же сторону (см. рис.3 – стрелки со штрихами).
2. Определяем проводимости ветвей:

1. Определяем напряжение между двумя узлами по формуле:

1. Определяем токи в ветвях

Так как, значения I₂ и I₃ получились отрицательными, то эти токи будут противоположными по направлению (на рисунке показаны жирные сплошные стрелки).

4. Метод наложения или метод суперпозиции

Метод основан на том, что любой ток в цепи создается совместным действием всех источников питания. Поэтому можно рассчитать частичные токи от действия каждого источника питания отдельно, а затем, найти истинные токи как арифметическую составляющую частичных.