Що таке падіння напруги

Для людини, який знайомий з електрообладнанням на рівні простого користувача (знає, де і як включити / виключити), багато використовувані електриками терміни здаються якийсь нісенітницею. Наприклад, чого тільки варта «падіння напруги» або «збірка схеми». Куди і що падає? Хто розібрав схему на деталі? Насправді ж, фізичний зміст процесів, що відбуваються, що ховається за більшістю цих слів, цілком доступний для розуміння навіть зі шкільними знаннями фізики.

Щоб пояснити, що таке падіння напруги, необхідно згадати, які взагалі напруги бувають в електричного кола (Мається на увазі глобальна класифікація). Їх усього два види. Перший - це напруга джерела живлення, який підключений до розглянутого контуру. Воно може також називатися прикладеним до всієї ланцюга. А другий вид - це саме падіння напруги. Може бути розглянуте як щодо всього контуру, так і будь-якого окремо взятого елемента.

На практиці це виглядає наступним чином. Наприклад, якщо взяти звичайну лампу розжарювання, вкрутити її в патрон, а дроти від нього підключити в домашню мережеву розетку, то прикладена до ланцюга (джерело живлення - провідники - навантаження) напруга складе 220 Вольт. Але варто нам за допомогою вольтметра заміряти його значення на лампі, як стане очевидно, що воно трохи менше, ніж 220. Так сталося тому, що виникло падіння напруги на електричному опорі, яким володіє лампа.

Мабуть, немає людини, яка не чула б про закон Ома. У загальному випадку формулювання його виглядає так:

I = U / R,

де R - активний опір ланцюга або її елемента, вимірюється в Омах- U - електрична напруга, в Вольтах- і, нарешті, I - струм в Амперах. Як видно, всі три величини безпосередньо пов`язані між собою. Тому, знаючи будь-які дві, можна досить просто обчислити третю. Звичайно, у кожному конкретному випадку доведеться врахувати рід струму (змінний чи постійний) і деякі інші уточнюючі характеристики, але основа - вищевказана формула.

Електрична енергія - це, фактично, рух по провіднику негативно заряджених частинок (електронів). У нашому прикладі спіраль лампи володіє високим опором, тобто уповільнює переміщаються електрони. Завдяки цьому виникає видиме світіння, але загальна енергія потоку частинок знижується. Як видно з формули, зі зменшенням струму зменшується і напруга. Саме тому результати вимірів у розетки і на лампі різняться. Ця різниця і є падінням напруги. Дана величина завжди враховується, щоб запобігти занадто велике зниження на елементах в кінці схеми.

Падіння напруги на резистори залежить від його внутрішнього опору і сили протікає по ньому струму. Також непрямий вплив надають температура і характеристики струму. Якщо у розглянуту ланцюг включити амперметр, то падіння можна визначити множенням значення струму на опір лампи.

Але далеко не завжди вдається ось так просто за допомогою найпростішої формули і вимірювального приладу виконати розрахунок падіння напруги. У разі паралельно підключених опорів знаходження величини ускладнюється. На змінному струмі доводиться додатково враховувати реактивну складову.

Розглянемо приклад з двома паралельно включеними резисторами R1 і R2. Відомо опір дроту R3 і джерела живлення R0. Також дано значення ЕРС - E.

Наводимо паралельні гілки до одного числа. Для цієї ситуації застосовується формула:

R = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Визначаємо опір всього ланцюга через суму R4 = R + R3.

Розраховуємо струм:

I = E / (R4 + r)

Залишається дізнатися значення падіння напруги на вибраному елементі:

U = I * R5

Тут множник "R5" може бути будь-яким R - від 1 до 4, залежно від того, який саме елемент схеми потрібно розрахувати.