Режимы работы электрической цепи

 

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, – это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости.

Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника.

Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

Электрическая цепь и электрическое сопротивление

Электрической цепью называется путь, по которому проходит электрический ток. Чтобы по электрической цепи проходил ток, она должна быть замкнутой. Простейшая электрическая цепь состоит из трех основных частей: источника электрического тока, приемника (потребителя) электрического тока и системы соединительных проводов с вспомогательными приборами (включатели и переключатели тока, измерительные приборы и т. п.).

В качестве источников электрического тока могут служить: механические — электрические генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую; химические— гальванические элементы и аккумуляторы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую; тепловые — термоэлементы, преобразующие тепловую энергию в электрическую; лучевые — фотоэлементы, преобразующие световую энергию в электрическую.

Приемниками электрического тока могут служить электродвигатели, электролампы, электронагревательные приборы и т. п. Часть электрической цепи, состоящая из приемников электрической энергии и соединительных проводов, называется внешней цепью. Токопроводящие пути самого источника электрической энергии называются внутренней цепью.

Если оборвать электрическую цепь на каком-либо участке, то ток по всей цепи прекращается. Замыкание и размыкание цепи осуществляется выключателем или рубильником.

Для измерения величин, характеризующих электрический ток, в цепь могут быть включены измерительные приборы.

Все вещества обладают различной способностью оказывать сопротивление прохождению электрического тока. Эта способность веществ оказывать сопротивление прохождению электрического тока называется электрическим сопротивлением.

Величина сопротивления измеряется в омах и обозначается буквой R или r. За 1 ом принято сопротивление ртутного столба длиной 106,3 см и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С.

В практике применяются также единицы электрического сопротивления килоом (1 ком=1000 ом) и мегом (1 Мом=1 000 000 ом).

Величина сопротивления зависит от длины, поперечного сечения и материала, из которого изготовлен проводник. Эта зависимость выражается следующей формулой:

где R — сопротивление проводника, ом;

р — удельное сопротивление материала проводника, ом • мм2/м;

I — длина проводника, м;

S — поперечное сечение проводника, мм2.

Как видно из формулы, чем длиннее проводник и меньше его поперечное сечение, тем больше его сопротивление.

Удельным сопротивлением материала называется сопротивление проводника из данного материала длиной в 1 м и поперечным сечением 1 мм2 при 0°С. Обычно различные проводники сравниваются по этому показателю. Например, серебро, медь, алюминий обладают небольшим сопротивлением, а такие сплавы, как константан (сплав меди, никеля и марганца), нихром (сплав никеля, хрома, железа, марганца), никелин и другие обладают сопротивлением значительно большим.

Помимо размеров и материала, на сопротивление проводника влияет его температура. Так, почти у всех металлических проводников при повышении температуры сопротивление увеличивается. И только вышеперечисленные сплавы: константан, нихром, никелин и другие практически почти не изменяют своего сопротивления при нагревании и способны выдерживать высокие температуры, благодаря чему эти сплавы и получили широкое применение в электротехнике.

Зависимость между величинами, характеризующими электрическую цепь, т.е. силой тока, э. д. с. и сопротивлением, устанавливается законом Ома, который формулируется следующим образом:

сила тока в замкнутой неразветвленной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Закон Ома выражается формулой:

где I — сила тока, а;
Е — э. д. с. источника электрической энергии, в;
R — сопротивление внешнего участка цепи, ом;
r— сопротивление внутреннего участка цепи, ом.
Эта формула может быть записана и в таком виде:

т. е. электродвижущая сила, создаваемая источником электрической энергии, равна величине тока, умноженной на общее сопротивление цепи, и складывается из двух слагаемых, из которых первое (IR) представляет собой разность потенциалов на зажимах внешнего сопротивления, называется напряжением на зажимах внешней цепи и обозначается через U, а второе слагаемое (Ir) носит название падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Для внешней цепи и для отдельных ее участков закон Ома обычно записывается в следующем виде:

т. е. сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка цепи.

Различные сопротивления в электрическую цепь можно включить последовательно, параллельно и смешанным способом (рис. 159).

Последовательным соединением сопротивлений называют такое соединение, когда конец одного сопротивления соединяют с началом второго, конец второго с началом третьего и т. д., а конец последнего и начало первого сопротивлений подключаются к зажимам источника тока (см. 159, а). Основным свойством последовательного соединения является то, что при таком соединении сила тока во всех сопротивлениях внешней и внутренней цепи одинакова и согласно закону Ома

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме всех соединенных сопротивлений, т. е.

Напряжение на зажимах источника тока при последовательно соединенных сопротивлениях равно произведению величины тока на сопротивление внешнего участка цепи. Обозначив через U1, U2, U3, U4, напряжения на концах каждого сопротивления, получим:

а следовательно,

Напряжение на полюсах источника тока при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

Параллельным, соединением сопротивлений называется такое соединение, при котором начала всех сопротивлений соединяются в один общий узел, а концы — в другой. При этом зажимы источника тока включаются к узлам цепи А и В (рис. 159, б).

Если напряжение между точками А и В равно U, то такое же напряжение будет между началом и концом каждого сопротивления. Тогда для каждого участка цепи по закону Ома можно написать:

т. е. при параллельно соединенных сопротивлениях ток будет больше там, где меньше сопротивление.

Основным свойством параллельного соединения является то, что в каждом разветвлении цепи устанавливается своя сила тока, обратно пропорциональная сопротивлению данного участка цепи.

В точке В ток разветвляется в нескольких направлениях (на несколько ветвей), а в сумме он равен I. Поэтому при параллельном соединении нескольких сопротивлений ток, подведенный к этим сопротивлениям, равен сумме токов во всех сопротивлениях:

Для определения общего сопротивления параллельной цепи пользуются следующим соотношением: общая проводимость (обратная величина сопротивлению) параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных разветвлений цепи, т. е.

Если в электрической цепи часть сопротивлений включена последовательно, а часть параллельно, то такое соединение называется смешанным. На рис. 159, в сопротивления R 1и R2 соединены последовательно, a R3 и R4 — параллельно.

Лабораторная работа №6

Краткие теоретические сведения

Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Отношение работы Астор., совершаемой сторонними силами по перемещению заряда D Q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой e источника (ЭДС):


     (1)    Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т. е. в Вольтах.

Работа – эта мера превращения энергии из одного вида в другой. Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию электрического поля


       W = e * Q        (2)


При движении заряда Q на внешнем участке цепи преобразуется энергия стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:

W1 = U * Q ,      (3)


а на внутреннем участке:

W2 = Uвн. * Q       (4)


По закону сохранения энергии

W = W1 + W2 или e * Q = U * Q + Uвн. * Q       (5)


Сократив на Q, получим:

e = Uвн. + U       (6)


т.е. электродвижущая сила источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи.

При разомкнутой цепи Uвн.= 0, то

e = U     (7)


Подставив в равенство (6) выражения для U и Uвн. по закону Ома для участка цепи

U = I * R; Uвн. = I * r,


получим:

e = I * R + I * r = I * (R + r)        (8)


Отсюда

Контрольная работа по физике на тему “ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ” (10 класс)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ

«ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ»

10 класс.

Вариант 1.

Э. д. с. источника электрической энергии равна 100В. При
внешнем сопротивлении 49 Ом сила тока в цепи равна 2А. Найти
падение напряжения внутри источника тока и его сопротивление.

Два одинаковых сопротивления включены в цепь, как показано на схеме. Как изменится си-ла тока в неразветвленном участке цепи, если: замкнуть ключ /<\?замкнуть оба ключа К1 и К2?

Объяснить причину изменения силы тока.

Вариант 2.

Определить э. д. с. и внутреннее сопротивление источника
тока, если при внешнем сопротивлении 3,9 Ом сила тока в цепи равна 0,5А, а при внешнем сопротивлении 1,9 Ом сила тока равна 1А.

2.Три одинаковые лампы
включены в цепь, как показано на
схеме. Как изменится сила тока
в неразветвленном участке цепи, если переключатель П замкнуть а) в положение 1? б) в положение 2? Объяснить причину изме­нения силы тока.

Вариант 3.

Разность потенциалов на зажимах разомкнутого источника тока 4 В. Чему равно внутреннее сопротивление: источника тока, если при сопротивлении внешнего участка цепи 4 Ом сила тока равна 0,8 А?

2. Источник тока с э. д. с. 220 В и внутренним сопротивлением 2 Ом замкнут проводником с, сопротивлением 108 Ом. Определить падение напряжения внутри источника тока.

Вариант 4.

Разность потенциалов на зажимах разомкнутого источника тока 24 В. При включении внешней цепи разность потенциалов на зажимах источника тока стала равной 22 В, а сила тока 4 а. Определить внутреннее сопротивление источника тока, сопротив­ление внешнего участка цепи и полное сопротивление цепи.

2.Найти величину тока короткого замыкания источника с э. д. с., равной 12 В, и внутренним сопротивлением 0,3 Ом. Почему при коротком замыкании падение напряжения на внешнем

участке цепи близко к нулю, хотя в этом случае в цепи существует наибольший ток?

У меня к вам вопрос.

Делитель напряжения

Делитель напряжения представляет собой простую схему, состоящую из двух резисторов, которая имеет полезное свойство изменять более высокое напряжение (Vin) на более низкое (Vout). Это делается путем деления входного напряжения на отношение, определяемое значениями двух резисторов (R1 и R2):


Эта схема лучше всего подходит для слаботочных приложений, таких как датчики и линии передачи данных. Если вы потребляете слишком большой ток через Vout, это повлияет на выходное напряжение.Поэтому его не следует использовать для сильноточных приложений, таких как источники питания (регулятор напряжения — гораздо лучший вариант).

Для подбора резисторов используйте следующую формулу:

Вы также можете найти ряд калькуляторов делителя напряжения с помощью Google.

Поскольку выходное напряжение зависит исключительно от отношения R1 к R2, вы можете использовать несколько различных значений R, чтобы получить один и тот же выходной сигнал (например, если R1 = R2, выход всегда будет составлять половину входного, независимо от того, равно ли R). 1 Ом или 1 МОм).Для большинства наших целей общее сопротивление (R1 + R2) должно быть между 1 кОм и 10 кОм. Меньше этого, и схема будет тратить много энергии, протекающей через R1 и R2 на землю. Более того, Vout может быть не в состоянии обеспечить достаточный ток для управления аналоговым входом.

Эта схема очень полезна для преобразования выходного сигнала резистивного датчика (например, термистора или силового резистора) в напряжение, которое можно измерить с помощью аналого-цифрового преобразователя. R2 будет вашим датчиком, и хорошее эмпирическое правило состоит в том, чтобы выбрать R1 так, чтобы он находился посередине между самым низким и самым высоким значениями сопротивления датчика.

Например, наш мини-фотоэлемент имеет световое сопротивление 1 кОм и темновое сопротивление 10 кОм. Резистор 5,6 кОм находится примерно посередине между высоким и низким значениями. Если мы подключим датчик как R2, а 5.6k как R1, мы получим следующее Vout:

уровень света R2 (датчик) R1 (фиксированный) соотношение (R2 / (R1 + R2)) Vвых (если Вин 5В)
свет 5. 16% 0,83 В
темный 10к 5.6к 67% 3,33 В

…поэтому выходное напряжение будет варьироваться от 0,83 В при ярком свете до 3,33 В в темноте. Вы не можете получить полное колебание напряжения от 0 до 5 В без более сложной схемы, но это неплохо для одного резистора.

Частным случаем этой схемы является потенциометр, представляющий собой поворотный регулятор, который позволяет плавно изменять соотношение между резисторами R1 и R2 и, следовательно, выходное напряжение, что позволяет создать простое в использовании аналоговое управление.

Внутри потенциометра находится один большой резистор с подвижным соединением (называемым «скребком»), которое может перемещаться с одного конца резистора на другой. Электрически это выглядит как два резистора, как на нашей первой схеме выше.Когда вы поворачиваете ручку, один резистор становится больше, а другой — меньше. Чтобы использовать потенциометр в качестве делителя напряжения, подключите линии питания и заземления к внешним контактам (это концы большого резистора) и используйте центральный контакт (дворник) в качестве Vout. Когда вы поворачиваете ручку, соотношение между двумя резисторами будет меняться, плавно изменяя выходное напряжение между Vin и GND.

Дополнительную информацию о делителях напряжения можно найти в Википедии.

Пример вопроса:

Если вы сделаете схему делителя напряжения с R1 = 10K и R2 = 10K, а ваш Vin равен 12V, каково будет ваше Vout?

А.12В

Б. 10В

С. 6В

Д. 5В

Правильный ответ С: 6В. Всякий раз, когда у вас одинаковые R1 и R2, независимо от того, каковы эти значения, уравнение (R2 / (R1 + R2)) всегда будет равняться 1/2. Следовательно, Vout всегда будет половиной Vin.

Наружный проводник – обзор

IV.B Испытательная установка 1000 МВА в Брукхейвене

На испытательной площадке в Брукхейвене было предоставлено все оборудование и вспомогательные подсистемы, необходимые для испытаний кабелей 138 кВ, 1000 МВА (трехфазная мощность) в одном -фазовый режим. Площадка в Брукхейвене была единственной в мире, способной одновременно возбуждать кабели номинальным током и напряжением. Испытательная установка представляла собой корпус, содержащий два сверхпроводящих кабеля с концевыми заделками на каждом конце. Сверхпроводящая нагрузка охлаждалась с помощью сверхкритического гелиевого холодильника мощностью 700 Вт (номинально) на одном конце и небольшого вспомогательного холодильника для охлаждения свинца на другом конце. Электрооборудование с одновременным или независимым возбуждением напряжением и током частотой 60 Гц; для импульсных испытаний был доступен отдельный генератор Маркса.

Возбуждающее оборудование на 60 Гц состояло из конденсатора, изолированного от земли, который настраивал внутреннюю петлю проводника кабеля на параллельный резонанс, и переменной катушки индуктивности, которая настраивала емкость изоляции кабеля на последовательный резонанс. В дополнение к основным источникам питания использовался небольшой резонансный источник для регулировки баланса между токами внутреннего и внешнего проводника. Установка позволила протестировать в реальных условиях три основных компонента подземной системы электропередачи, а именно кабели, концевые муфты и кабельную оболочку.(Вид на испытательную площадку показан на рис. 9.)

После установки каждого основного компонента, такого как холодильник или корпус, система запускалась для измерения криогенных характеристик. Последнее криогенное испытание перед подачей питания на кабели было проведено в мае 1981 г., а первое электрическое возбуждение произошло в октябре 1982 г. Конструкция кабеля показана на рис. 13, а основные характеристики приведены в таблице IV.

РИСУНОК 13. Общая схема конструкции гибкого сверхпроводящего кабеля Brookhaven для передачи электроэнергии.

ТАБЛИЦА IV. Характеристики Brookhaven NB 3 SN Кабельный дизайн

7 Длина установлен (каждый) ~115 м 5.84 см Внутренний проводник Диаметр 2. 95 см 7 k Среднее значение 7 k, 8 k Максимум Операционная плотность гелия 100 кг / м 3 минимум Рабочее давление 225 PSIA (1.55 МПа) типовое Номинальное напряжение, 60 Гц 80 кВ, l-n; 138 кВ, трехфазное Номинальный ток, 60 Гц 4100 А, непрерывный; 6000 a, 60 мин Рабочий напряжение напряжения 10 мВ / м Рабочая поверхность Тока плотности 442 A / CM Максимальный непрерывный 1000 MVA, трехфазный Импеданс нагрузки 872 МВА, трехфазный Потери в проводнике кабеля при 4100 А (7 К) 0.2 Вт / м кабель диэлектрические потери на 80 кВ & lt; 0,06 Вт / м кабельный импеданс 24 ω (Calc. ), 25 Ω (MES.)

Кабели , секция корпуса и заделки были важными конструкциями, которые потребуются в окончательном приложении коммунальной компании. Например, конструкция корпуса, использованная в исследовании Philadelphia Electric Company, была увеличена по сравнению с той, что использовалась на испытательном полигоне. Для испытаний потребовались еще три подсистемы, но они не были напрямую применимы к окончательному проекту; однако на этапе разработки потребовалось много работы, чтобы построить их на испытательном стенде.

Первой вспомогательной подсистемой был охлаждающий холодильник. Эта машина подавала сверхкритический газообразный гелий в кабельную оболочку под давлением около 225 фунтов на квадратный дюйм (1,55 МПа) и средней температурой 7 К. В холодильнике использовался винтовой компрессор мощностью 350 л.с. (260 кВт). Для охлаждения газа за счет расширения использовались четыре очень высокоскоростные газонесущие турбины. Система могла потреблять около 700 Вт при рабочей температуре 7 К. Кроме того, меньший по размеру холодильник снабжал гелием для охлаждения токонесущих проводников концевых заделок.Характеристики холодильника и корпуса приведены в Таблице V.

ТАБЛИЦА V. Краткий обзор криогенной системы на испытательном стенде Brookhaven 1000-MVA

Корпус Внутренний диаметр 20 см, внешний диаметр 40 см; пять секций; С постоянным (необрезанным) изоляционным вакуумом
длина системы
130 м, расторжение к расторжению
Корпус нагрева в утечку 50 Вт для пяти разделов на ~ 7004 к (после 150 часов)
Рабочее давление 1.55 МПА (225 PSIA)
Рабочая температура 6.5-8.5 K
140-110 кг / м 3
холодильник 350-HP-смазки для смазки нефтепродуктов ; Три газоносистых турбины расширители плюс далеко турбин расширитель турбины
емкость 770 W без свинцового потока
массового потока 70 г / сек (оба кабеля)
ведущий поток 0 –0. 3 г/сек на провод

Работа холодильной установки была бы невозможна без создания второй крупной подсистемы, а именно компьютерной системы сбора, анализа и управления данными. Через систему контролировалось около 100 преобразователей, многие из которых находились в труднодоступных местах, таких как оболочка низкотемпературного кабеля или верхняя часть высоковольтного ввода. Все собранные данные были сведены к единицам, представляющим непосредственный интерес, и отображены на цветных видеомониторах, которые отображали графическое представление интересующего оператора участка системы.Данные были помещены в соответствующее место на диаграмме. Система была разработана таким образом, чтобы обеспечить автоматическую работу испытательного стенда. Когда требовалась помощь, компьютер звонил дежурным операторам и доставлял голосовое сообщение. На входящие телефонные звонки отвечали синтезированной голосом сводкой о состоянии системы. Кабели находились под напряжением в течение восьми испытательных прогонов в течение 4-летнего периода с 1982 по 1986 год. Эти прогоны сведены в Таблицу VI.

ТАБЛИЦА VI. Резюме операционных прогонов и тестов жизни

7 8 8 Общее время холодные 2927 HR HR6 60-HZ электрические испытания напряжение и ток 249 MVA / CABR 89 HR Напряжение и ток на 330 мВА / кабель 169 HR Общее время с напряжением или током 441 HR аварийное рейтинг 6 кА и 80 кВ 1-N (480 МВА / кабель) 1 HR Максимальный тест мощности, 6 kA и 110 кВ 1-н (660 мВА / кабель) 20 мин на 90 кВ 1-н 22 HR0 22 HR 19 HR 1-N 19 HR Обнаружение при 110 кВ 1-N 13 HR

Одинаковые кабели были проверены в течение 4 лет. Общие характеристики результатов приведены в таблице IV. В серию испытаний были включены импульсные испытания, имитирующие переходные процессы очень высокого напряжения, вызванные ударами молнии. Требуемое выдерживаемое напряжение для обычных кабелей, предназначенных для цепей 138 кВ, составляет 650 кВ; один кабель вышел из строя на 488 кВ из-за пробоя по конусу холодного напряжения концевой заделки. Последующие испытания показали, что сам кабель не был поврежден. Конус напряжения был перемотан, но никогда не подвергался повторным испытаниям, поскольку финансирование Министерства энергетики (DOE) было прекращено в 1986 году, и проект был закрыт.

Другим рабочим условием, которое исследовалось в ходе этой серии испытаний, была способность кабелей передавать питание после отключения системы охлаждения. Такое состояние может возникнуть на практике, если прерывается подача электроэнергии на холодильное оборудование; было бы очень нежелательно потерять передачу, если бы возникла эта непредвиденная ситуация. Во время четвертого и пятого запусков главный компрессор был остановлен для имитации отказа системы охлаждения. Кабели несли ток 4100 А и продолжали это делать в течение более 2 часов.

Измерения потерь для обоих кабелей проводились во время всех испытаний в диапазоне от 250 до 6000 А при температурах от 7,2 до 13,2 К (см. рис. 14). Эти измерения провести нелегко, и в собранных данных, несомненно, присутствуют неточности. Обычно измерение потерь для этих кабелей соответствует измерению угла коэффициента мощности 135 мкрад. Эта задача усложняется магнитным полем, присутствующим вблизи концов, где выходят провода КИП; обычно присутствуют поля от 20 до 100 Гс.Эти поля вызывают индуцированное напряжение в приборах для измерения потерь, синхронное по частоте с интересующим сигналом. Ошибки также существуют в измерениях температуры. Целью для них была точность около ± 200 мК. Кроме того, температура изменяется вдоль испытуемых кабелей и зависит от времени. При номинальном токе 4100 А потери составляют около 200 мВт/м. Это значение согласуется с лабораторными измерениями на кабелях длиной 10 м и примерно в два раза выше, чем можно было бы получить при идеальном распределении тока в проводнике.Несомненно, будущие кабели будут разработаны с учетом этого фактора.

РИСУНОК 14. Потери в проводнике как функция тока в кабеле. Излом на верхнем конце кривой для 13,2 К соответствует закалке.

Зависящие от напряжения характеристики газопропитанной ленточной изоляции сильно зависят от усиления электрического поля в стыковых зазорах между соседними лентами. В правильно изготовленном кабеле частичный разряд в стыковых зазорах является первым признаком неисправности при повышении напряжения.Конструкция хороших экранов и контроль неровностей поверхности являются особыми атрибутами «правильно сделанного» кабеля. Возникновение частичных разрядов приводит к увеличению диэлектрических потерь и, в конечном итоге, к выходу из строя изоляции кабеля. Ясно, что ограничивающим фактором допустимого напряжения, воздействующего на изоляцию кабеля, являются собственные характеристики пробоя газообразного гелия в условиях эксплуатации системы передачи. Начало частичного разряда в кабелях измерялось при низкой плотности гелия во время охлаждения.При экстраполяции на наихудшие условия эксплуатации существует запас в 50 % между рабочим напряжением и началом измеримой активности частичных разрядов. Во время закалки при номинальном токе кабели выдерживали номинальное напряжение без повреждений. Во время второго запуска линия 110 кВ на землю была подключена на 13 часов, что на 40% превышает номинал. Во время испытания аварийного уровня при 6000 А напряжение 110 кВ поддерживалось в течение 20 минут, что соответствует 660 МВА на фазу.

21.1 Резисторы, включенные последовательно и параллельно – College Physics: OpenStax

На рис. 3 показаны резисторы , соединенные параллельно , подключенные к источнику напряжения.Резисторы параллельны, когда каждый резистор подключен непосредственно к источнику напряжения соединительными проводами, имеющими незначительное сопротивление. Таким образом, к каждому резистору приложено полное напряжение источника.

Каждый резистор потребляет такой же ток, как если бы он один был подключен к источнику напряжения (при условии, что источник напряжения не перегружен). Например, автомобильные фары, радиоприемник и т. д. соединены параллельно, так что они используют полное напряжение источника и могут работать совершенно независимо.То же самое верно и в вашем доме, или в любом здании. (См. рис. 3(b).)

Чтобы найти выражение для эквивалентного параллельного сопротивления [латекс]\boldsymbol{R_{\textbf{p}}}[/латекс], рассмотрим протекающие токи и то, как они связаны с сопротивлением. Поскольку каждый резистор в цепи имеет полное напряжение, токи, протекающие через отдельные резисторы, составляют [латекс]\boldsymbol{I_1 = \frac{V}{R_1}}[/латекс], [латекс]\boldsymbol{I_2 = \ frac{V}{R_2}}[/latex] и [латекс]\boldsymbol{I_3 = \frac{V}{R_3}}[/latex].Сохранение заряда подразумевает, что полный ток [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс], создаваемый источником, представляет собой сумму этих токов:

[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\ boldsymbol{\frac{V}{R_1}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_2}}[/латекс] [латекс]\ boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_3}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{= V}[/latex] [латекс]\boldsymbol{(\frac{ 1}{R_1}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_2}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[ / латекс] [латекс] \ жирный символ {\ гидроразрыва {1} {R_3})}. [/латекс]

[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_p}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{= V}[/латекс ] [latex]\boldsymbol{(\frac{1}{R_p})}.[/latex]

Члены в скобках в последних двух уравнениях должны быть равны. Обобщая любое количество резисторов, общее сопротивление [латекс]\boldsymbol{R_p}[/латекс] параллельного соединения связано с отдельными сопротивлениями как

[латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_p}} [/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{=}[/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{\гидроразрыва{1}{R_1}}[/латекс] [латекс]\жирныйсимвол{+}[/латекс] [латекс] \boldsymbol{\frac{1}{R_2}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_3}}[/латекс] [латекс] \boldsymbol{+ \cdots}[/latex]

В результате этого соотношения общее сопротивление [latex]\boldsymbol{R_p}[/latex] меньше наименьшего из отдельных сопротивлений.(Это видно в следующем примере.) Когда резисторы соединены параллельно, от источника протекает больший ток, чем для любого из них по отдельности, и поэтому общее сопротивление ниже.

Пример 2. Расчет сопротивления, тока, рассеиваемой мощности и выходной мощности: анализ параллельной цепи

Пусть выходное напряжение батареи и сопротивления при параллельном соединении на рисунке 3 такие же, как и при последовательном соединении, рассмотренном ранее: [латекс]\boldsymbol{V = 12.0 \;\textbf{V}}[/latex], [латекс]\boldsymbol{R_1 = 1,00 \;\Omega}[/latex], [латекс]\boldsymbol{R_2 = 6,00 \;\Omega}[/latex ] и [латекс]\boldsymbol{R_3 = 13,0 \;\Omega}[/латекс]. а) Чему равно полное сопротивление? б) Найдите полный ток. (c) Рассчитайте токи в каждом резисторе и покажите, что их сумма равна общему выходному току источника. г) Рассчитайте мощность, рассеиваемую каждым резистором. (e) Найдите выходную мощность источника и покажите, что она равна полной мощности, рассеиваемой резисторами.

Стратегия и решение для (а)

Общее сопротивление для параллельной комбинации резисторов определяется по приведенной ниже формуле. Ввод известных значений дает

[латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_p}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_1}}[/latex ] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_2}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{ \frac{1}{R_3}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{1. 00 \;\Omega}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{6.00 \;\Omega}}[/латекс] [латекс]\ жирный символ {+} [/ латекс] [латекс] \ жирный символ {\ гидроразрыва {1} {13,0 \; \ Омега}}. [/ латекс]

Таким образом,

[латекс]\boldsymbol{\frac{1}{R_p}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1.00}{\Omega}}[/ латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{0.1667}{\Omega}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{+}[/латекс] [латекс]\ boldsymbol{\frac{0,07692}{\Omega}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{=}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{1.2436}{\Омега}}[/латекс]

(Обратите внимание, что в этих расчетах каждый промежуточный ответ отображается с дополнительной цифрой.)

Мы должны инвертировать это, чтобы найти общее сопротивление [латекс]\boldsymbol{R_p}[/латекс]. Это дает

[латекс]\boldsymbol{R_p =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{1}{1.2436}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\Omega = 0,8041 \;\Omega}. [ /латекс]

Общее сопротивление с правильным количеством значащих цифр равно [латекс]\boldsymbol{R_p = 0,804 \;\Омега}[/латекс]

Обсуждение для (а)

[латекс]\boldsymbol{R_p}[/латекс], как и предполагалось, меньше наименьшего индивидуального сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Полный ток можно найти из закона Ома, подставив [латекс]\жирныйсимвол{R_p}[/латекс] вместо полного сопротивления. Это дает

[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_p}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol {\ frac {12,0 \; \ textbf {V}} {0,8041 \; \ Omega}} [/ латекс] [латекс] \ жирный символ {= 14,92 \; \ textbf {A}} [/ латекс]

Обсуждение для (б)

Ток [latex]\boldsymbol{I}[/latex] для каждого устройства намного больше, чем для тех же устройств, соединенных последовательно (см. предыдущий пример).Цепь с параллельными соединениями имеет меньшее общее сопротивление, чем резисторы, соединенные последовательно.

Стратегия и решение для (c)

Индивидуальные токи легко рассчитать по закону Ома, так как на каждый резистор подается полное напряжение. Таким образом,

[латекс]\boldsymbol{I_1 =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_1}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol {\frac{12,0 \;\textbf{V}}{1,00 \;\Omega}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{= 12.0 \;\textbf{A}}.[/latex]

Аналогично,

[латекс]\boldsymbol{I_2 =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_2}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol {\ frac {12,0 \; \ textbf {V}} {6,00 \; \ Omega}} [/ латекс] [латекс] \ жирный символ {= 2,00 \; \ textbf {A}} [/ латекс]

и

[латекс]\boldsymbol{I_3 =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{V}{R_3}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol {\frac{12,0 \;\textbf{V}}{13,0 \;\Omega}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{= 0.92 \;\textbf{A}}.[/latex]

Обсуждение для (с)

Общий ток представляет собой сумму отдельных токов:

[латекс]\boldsymbol{I_1 + I_2 + I_3 = 14,92 \;\textbf{A}}. [/latex]

Это соответствует закону сохранения заряда.

Стратегия и решение для (d)

Мощность, рассеиваемая каждым резистором, может быть найдена с помощью любого из уравнений, связывающих мощность с током, напряжением и сопротивлением, поскольку все три известны.2}{13.0 \;\Omega}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{= 11.1 \;\textbf{W}} .[/latex]

Обсуждение для (д)

Мощность, рассеиваемая каждым резистором при параллельном подключении, значительно выше, чем при последовательном подключении к одному и тому же источнику напряжения.

Стратегия и решение для (e)

Общая мощность также может быть рассчитана несколькими способами. Выбор [латекс]\жирный символ{P = IV}[/латекс] и ввод общего тока дает

[латекс]\boldsymbol{P = IV = (14.92 \;\textbf{A})(12,0 \;\textbf{V}) = 179 \;\textbf{W}}.[/latex]

Обсуждение для (е)

Суммарная мощность, рассеиваемая резисторами, также составляет 179 Вт:

[латекс]\boldsymbol{P_1 + P_2 + P_3 = 144 \;\textbf{W} + 24,0 \;\textbf{W} + 11,1 \;\textbf{W} = 179 \;\textbf{W}}. [/латекс]

Это согласуется с законом сохранения энергии.

Общее обсуждение

Обратите внимание, что и токи, и мощности при параллельном соединении больше, чем у тех же устройств, соединенных последовательно.

Шунтовое сопротивление | PVEducation

Значительные потери мощности, вызванные наличием шунтирующего сопротивления, R SH , обычно связаны с производственными дефектами, а не с плохой конструкцией солнечных элементов. Низкое сопротивление шунта вызывает потери мощности в солнечных элементах, обеспечивая альтернативный путь для тока, генерируемого светом. Такое отклонение уменьшает количество тока, протекающего через переход солнечного элемента, и снижает напряжение на солнечном элементе.Влияние сопротивления шунта особенно сильно проявляется при низких уровнях освещенности, поскольку будет меньше светового тока. Поэтому потеря этого тока на шунте имеет большее влияние. Кроме того, при более низких напряжениях, когда эффективное сопротивление солнечного элемента высокое, влияние сопротивления, включенного параллельно, велико.

Принципиальная схема солнечного элемента, включая шунтирующее сопротивление.

Уравнение для солнечного элемента при наличии шунтирующего сопротивления:

I=IL-I0exp[qVnkT]-VRSH

где: I — выходной ток ячейки, I L — световой ток, V — напряжение на выводах ячейки, T — температура, q и k — константы, n — коэффициент идеальности, R SH — сопротивление шунта ячейки.

Эффект низкого сопротивления шунта показан на анимации ниже.

Ршунт

Влияние сопротивления шунта на коэффициент заполнения солнечного элемента. Площадь солнечного элемента составляет 1 см 2 , последовательное сопротивление элемента равно нулю, температура 300 К, I 0 составляет 1 x 10 -12 А/см 2 . Нажмите на график для числовых данных.

Оценка значения шунтирующего сопротивления солнечного элемента может быть определена по наклону ВАХ вблизи точки тока короткого замыкания. {\prime}=V_{O C} I_{S C} F F\left(1-\frac{1}{r_{S H}}\right)$$

В приведенном выше уравнении FF коэффициент заполнения, на который не влияет сопротивление шунта, обозначается FF 0 , а FF’ называется FF SH . Уравнение тогда становится;

Эмпирическое уравнение, которое является немного более точным для связи между FF 0 и FF SH :

, который действителен для r sh > 0.4.

Следующий калькулятор определяет влияние R sh на коэффициент заполнения солнечного элемента. Типичные значения сопротивления шунта, нормализованного по площади, находятся в диапазоне МОм·см 90 137 2 90 138 для солнечных элементов лабораторного типа и 1000 Ом·см 90 137 2 90 138 для коммерческих солнечных элементов.

 

вызовов для электронных схем в космических приложениях

Доход спутниковой индустрии в 2015 году составил 208 миллиардов долларов. Спутниковая индустрия состоит из четырех сегментов: производство спутников, оборудование для запуска спутников, наземное оборудование и спутниковые услуги. Спутниковые услуги на сегодняшний день являются крупнейшим сегментом и продолжают оставаться ключевым фактором для всей спутниковой индустрии. Итак, что спутник сделал для вас в последнее время? Я полагаю, что большинство людей были бы удивлены тем, насколько современная жизнь зависит от спутниковых услуг. Если работающие в настоящее время спутники 1381 отключатся, современная жизнь будет значительно нарушена.Глобальные финансы, телекоммуникации, транспорт, погода, национальная оборона, авиация и многие другие сектора в значительной степени зависят от спутниковых услуг. На рынке спутниковых услуг можно выделить три основных сегмента: спутниковая навигация, спутниковая связь и наблюдение Земли. Навигационные спутники используются для глобального распространения навигационных сигналов и данных, чтобы обеспечить услуги определения местоположения, определения местоположения и времени. Примерами доступных услуг являются управление дорожным движением, геодезия и картографирование, управление автопарком и активами, а также технология автономного вождения — ожидается, что беспилотные автомобили и грузовики станут следующим большим прорывом.Примерами телекоммуникационных спутников или SATCOM являются телевидение, телефон, широкополосный доступ в Интернет и спутниковое радио. Эти системы могут предоставлять услуги бесперебойной связи в случае аварий, повреждающих наземные телекоммуникационные сети. Интернет и мобильные развлечения на борту как бизнес-, так и коммерческих самолетов являются растущими сегментами рынка. Спутники наблюдения Земли используются для передачи данных об окружающей среде. Наблюдения за Землей из космоса способствуют устойчивому развитию сельского хозяйства и помогают реагировать на изменение климата, управлять земельными ресурсами и дикой природой, а также управлять энергетическими ресурсами.Спутники наблюдения Земли помогают охранять водные ресурсы и улучшают прогнозы погоды, поэтому существует очень широкий и растущий спектр спутниковых услуг.

Итак, какие типы электронных систем используются на спутниках? Основные элементы космического корабля делятся на две части: платформа или автобус и полезная нагрузка. Платформа состоит из пяти основных подсистем, поддерживающих полезную нагрузку: структурная подсистема, подсистема телеметрии, подсистемы слежения и управления, подсистема электропитания и распределения, подсистема терморегулирования и подсистема управления ориентацией и скоростью.Структурная подсистема представляет собой механическую структуру и обеспечивает жесткость, чтобы выдерживать нагрузку и вибрацию. Он также обеспечивает защиту от излучения для электронных устройств. Подсистемы телеметрии, слежения и управления включают приемники, передатчики, антенны, датчики температуры, тока, напряжения и давления в баке. Он также обеспечивает состояние различных подсистем космического корабля. Электроэнергетическая и распределительная подсистемы преобразуют солнечную энергию в электроэнергию и заряжают батареи космического корабля. Подсистема терморегулирования помогает защитить электронное оборудование от экстремальных температур. И, наконец, подсистема управления ориентацией и скоростью — это система управления орбитой, состоящая из датчиков для измерения ориентации корабля и исполнительных механизмов (реактивные колеса, подруливающие устройства), а также для приложения крутящих моментов и сил, необходимых для ориентации корабля в правильном орбитальном положении. Типичные компоненты системы ориентации и управления включают датчики Солнца и Земли, звездные датчики, импульсные колеса, инерциальные измерительные блоки (IMU) и электронику, необходимую для обработки сигналов и управления положением спутников.

Полезная нагрузка — это оборудование для поддержки основной миссии. Для навигационных спутников GPS это будет включать в себя атомные часы, генераторы навигационных сигналов, а также мощные радиочастотные усилители и антенны. Для телекоммуникационных систем полезная нагрузка будет включать антенны, передатчики и приемники, малошумящие усилители, смесители и гетеродины, демодуляторы и модуляторы, а также усилители мощности. Полезная нагрузка для наблюдения за Землей будет включать микроволновые и инфракрасные зонды для прогнозирования погоды, радиометры для формирования изображений в видимом инфракрасном диапазоне, инструменты для картирования озона, видимые и инфракрасные камеры и датчики.

Интеграция Analog Devices и Hittite Microwave, произошедшая несколько лет назад, теперь позволяет нам охватывать диапазон от постоянного тока до 110 ГГц. Решения ADI варьируются от навигации, радаров, систем связи ниже 6 ГГц, спутниковой связи, радиоэлектронной борьбы, радиолокационных систем в микроволновом диапазоне, радиолокационных систем и спутниковых изображений в миллиметровом диапазоне волн. Analog Devices предлагает более 1000 компонентов, охватывающих все цепи и приложения радиочастотных и микроволновых сигналов. Сочетание полного спектра ВЧ-функциональных блоков, аттенюаторов, МШУ, усилителей мощности и ВЧ-переключателей Hittite в сочетании с портфолио высокопроизводительных линейных продуктов, высокоскоростных АЦП, ЦАП, активных смесителей и ФАПЧ компании Analog Devices может обеспечить комплексное решение. конечные системные решения.

Краткое руководство по электронике

УРОК 2  –  РЕЗИСТОРЫ

Электроны легче проходят через одни материалы, чем через другие, когда к ним приложено напряжение. В металлах электроны удерживаются настолько свободно, что двигаются почти беспрепятственно. Мы измеряем, насколько велико сопротивление электрическому току как сопротивление .

Резисторы находятся где-то между проводниками, которые легко проводят ток, и изоляторами, которые вообще не проводят ток.Сопротивление измеряется в Ом после первооткрывателя закона связи напряжения с током. Омы представлены греческой буквой омега.

Вспомните модель воды, текущей по трубе. Толщина трубы должна представлять сопротивление. Чем уже труба, тем труднее пройти через нее воде и, следовательно, тем больше сопротивление. Для конкретного насоса время, необходимое для заполнения пруда, напрямую связано с толщиной трубы. Сделайте трубу в два раза больше, и скорость потока удвоится, а пруд наполнится в два раза быстрее.

Резисторы, используемые в наборах MadLab, изготовлены из тонкой пленки углерода, нанесенной на керамический стержень. Чем меньше углерода, тем выше сопротивление. Затем на них наносится прочное внешнее покрытие и красятся несколько цветных полос.

Основной функцией резисторов в цепи является управление потоком тока к другим компонентам. Возьмем, к примеру, светодиод (свет). Если через светодиод протекает слишком большой ток, он выходит из строя. Таким образом, резистор используется для ограничения тока.

Когда через резистор протекает ток, энергия тратится впустую, и резистор нагревается.Чем больше сопротивление, тем горячее становится. Батарея должна совершить работу, чтобы протолкнуть электроны через резистор, и эта работа заканчивается в виде тепловой энергии в резисторе.

Важным свойством резистора, которое необходимо знать, является то, сколько тепловой энергии он может выдержать до того, как выйдет из строя. Резисторы MadLab могут рассеивать около 1/4 Вт тепла (сравните это с бытовым чайником, который потребляет до 3000 Вт для кипячения воды).

Сделать резистор точного номинала сложно (да и в большинстве схем это не критично).Сопротивления даны с определенной точностью или допуском . Это выражается как плюс или минус столько процентов. Резистор 10% с заявленным значением 100 Ом может иметь сопротивление от 90 до 110 Ом. Резисторы MadLab составляют 5% (это то, что означает золотая полоса), что более чем достаточно для точности.

Реальные сопротивления варьируются в огромном диапазоне. В Детекторе лжи есть резистор на 1 000 000 Ом наряду с резистором на 470 Ом.На принципиальных схемах вы часто будете видеть букву «R» вместо омеги для обозначения сопротивлений. Это соглашение восходит к временам, когда еще не было компьютеров и лазерных принтеров, когда греческие буквы редко встречались на пишущих машинках. Буква «к» означает тысячу, а ее положение показывает положение десятичной точки.

Вот несколько примеров:

     10R = 10 Ом
     10к = 10 кОм = 10 000 Ом
     4k7 = 4,7 кОм = 4 700 Ом
 

Закон Ома

Закон Ома на самом деле очень прост. Это говорит о том, что чем больше напряжение приложено к резистору, тем больше ток протекает через него. Если напряжение удваивается, то ток удваивается, если напряжение увеличивается втрое, то увеличивается и ток, и так далее. Всегда существует постоянное соотношение между напряжением и током для конкретного резистора. Это значение представляет собой сопротивление, измеряемое в омах.

Чтобы определить сопротивление чего-либо, просто измерьте напряжение на нем и ток через него. Разделите первую цифру на вторую и получите сопротивление.

Если вы знаете сопротивление и напряжение, вы можете вычислить ток. Или, если вы знаете сопротивление и ток, вы можете определить напряжение. Это делает закон Ома очень полезным.


Цветовой код резистора

Цветовой код резистора — это способ показать номинал резистора. Вместо того, чтобы писать сопротивление на его корпусе, которое часто было бы слишком маленьким для чтения, используется цветовой код. Десять различных цветов представляют числа от 0 до 9. Первые две цветные полосы на корпусе — это первые две цифры сопротивления, а третья полоса — «множитель».Множитель просто означает количество нулей, которое нужно добавить после первых двух цифр. Красный представляет число 2, поэтому резистор с красными, красными, красными полосами имеет сопротивление 2, за которым следуют 2, за которыми следуют 2 нуля, что составляет 2 200 Ом или 2,2 кОм.

Последняя полоса — это допуск (точность). Все резисторы MadLab имеют сопротивление 5%, что показано золотой полосой.

Вот полный список цветов:

  1-й диапазон 2-й диапазон 3-й диапазон 
     Черный 0 0 х 1
     Коричневый 1 1 х 10
     Красный 2 2 х 100
     Оранжевый 3 3 х 1000
     Желтый 4 4 х 10000
     Зеленый 5 5 х 100000
     Синий 6 6 х 1000000
     Фиолетовый 7 7
     Серый 8 8
     Белый 9 9
 

Вот несколько примеров:

     Желтый, фиолетовый, красный, золотой = 47 х 100 = 4 700 Ом = 4.7 кОм
     Коричневый, черный, желтый, золотой = 10 х 10 000 = 100 кОм
     Желтый, фиолетовый, черный, золотой = 47 x 1 = 47 Ом
     Коричневый, черный, красный, золотой = 10 х 100 = 1000 Ом = 1 кОм
     Коричневый, черный, зеленый, золотой = 10 х 100 000 = 1 000 кОм = 1 МОм
     Все +/- 5%
 

Переменные резисторы

Неудивительно, что переменные резисторы — это резисторы, сопротивление которых можно изменять. Переменные резисторы MadLab (называемые пресетами ) имеют металлический грязесъемник, опирающийся на круглую дорожку из углерода.Вайпер перемещается по дорожке при повороте пресета. Ток проходит через стеклоочиститель, а затем через часть карбоновой дорожки. Чем большую часть пути он должен пройти, тем больше сопротивление.

пресета MadLab имеют три ножки. Верхняя ножка соединяется со стеклоочистителем, а две другие ножки — с двумя концами гусеницы. Обычно фактически используется только одна из ветвей гусеницы.

Переменные резисторы используются в цепях для изменения вещей, которые необходимо изменить, например громкости и т. д.


СЛЕДУЮЩИЙ УРОК | СОДЕРЖАНИЕ

Распространение потенциала действия (раздел 1, глава 3) Neuroscience Online: Электронный учебник по нейронаукам | Кафедра нейробиологии и анатомии

3.1 Изменения в пространственном распределении заряда

Как только потенциал действия инициируется в одной точке нервной клетки, как он распространяется на синаптическую терминальную область по принципу «все или ничего»?

На рис. 3.1 показана схематическая диаграмма аксона и ожидаемое распределение заряда вдоль мембраны этого аксона.Положительные заряды находятся снаружи аксона, а отрицательные — внутри. Теперь рассмотрим последствия подачи некоторого стимула в точку в середине аксона. Если деполяризация достаточно велика, откроются потенциалзависимые натриевые каналы и инициируется потенциал действия.

Предположим, что на данный момент потенциал действия «замораживается» на его пиковом значении. Его пиковое значение теперь будет около +40 мВ внутри относительно снаружи. Разные заряды притягиваются, поэтому положительный заряд переместится в соседнюю область мембраны.Когда заряд перемещается к соседней области мембраны, соседняя область мембраны деполяризуется. Если он достаточно деполяризуется, а это произойдет, потенциалзависимые натриевые каналы в соседней области мембраны будут открыты, и будет инициирован «новый» потенциал действия. Затем это распределение заряда распространяется на следующую область и инициирует другие «новые» потенциалы действия. Один из способов наблюдения за этим процессом — с помощью теплового аналога. Вы можете думать об аксоне как о куске проволоки, покрытой порохом (порох аналогичен натриевым каналам).Если к проводу будет подведен достаточный стимул (тепло), порох воспламенится, выделит тепло, и тепло распространится по проводу в соседние области и вызовет воспламенение пороха в соседних областях.

3.2 Детерминанты скорости распространения

Обнаружена большая вариабельность скорости распространения потенциалов действия. На самом деле скорость распространения потенциалов действия в нервах может варьироваться от 100 метров в секунду (580 миль в час) до менее одной десятой метра в секунду (0.22 мили в час). Почему одни аксоны передают информацию очень быстро, а другие медленно? Чтобы понять, как работает этот процесс, необходимо рассмотреть два так называемых пассивных свойства мембран: постоянную времени и постоянную пространства или длины. Почему они называются пассивными свойствами? Они не имеют ничего общего ни с одной из зависящих от напряжения проводимостей, обсуждавшихся ранее. Они не имеют ничего общего ни с насосами, ни с обменниками. Это неотъемлемые свойства всех биологических мембран.

Постоянная времени. Сначала рассмотрим тепловой аналог. Поместите кусок металла с температурой 10 o C на плитку с температурой 100 o C. Как изменится температура? Она увеличится от своего начального значения 10 o C до конечного значения 100 o C. Но температура не изменится мгновенно. На самом деле, она будет меняться как экспоненциальная функция времени. Аналогичная ситуация возникает в нервных клетках, когда они получают мгновенный раздражитель. На рисунке справа представлена ​​идеализированная нервная клетка.Регистрирующий электрод первоначально измеряет потенциал -60 мВ (потенциал покоя). В какой-то момент времени (время 0) переключатель замкнут. Замыкание переключателя происходит мгновенно, и в результате мгновенного замыкания по цепи протекает мгновенный ток. (Это эквивалентно удару металлического блока по плитке. ) Обратите внимание, что, несмотря на то, что этот раздражитель меняется мгновенно, изменение потенциала не происходит мгновенно. Требуется время, чтобы потенциал изменился от начального значения -60 мВ до конечного значения -50 мВ.Общая деполяризация составляет 10 мВ, но это изменение происходит как экспоненциальная функция времени.

Существует удобный показатель того, насколько быстро экспоненциальные функции изменяются со временем. Индекс обозначается символом τ и называется постоянной времени. Он определяется как количество времени, за которое изменение потенциала достигает 63% от его конечного значения. (Почему 63%?) В этом примере потенциал изменяется от -60 до -50, а значение 63% составляет -53,7 мВ. Таким образом, постоянная времени равна 10 мс.Чем меньше постоянная времени, тем быстрее будет изменение реакции на раздражитель. Следовательно, если бы этот нейрон имел постоянную времени 5 мсек, то за 5 мсек потенциал мембраны достиг бы —53,7 мв. Постоянная времени аналогична рейтингу от 0 до 60 высокопроизводительного автомобиля; чем ниже рейтинг от 0 до 60, тем быстрее машина. Чем ниже постоянная времени, тем быстрее мембрана будет реагировать на раздражитель. Влияние постоянной времени на скорость распространения станет ясно ниже.

Постоянная времени является функцией двух свойств мембран: сопротивления мембраны (R м ) и емкости мембраны (C м ). R м обратная величина проницаемости; чем выше проницаемость, тем ниже сопротивление, и наоборот. Мембраны, как и физические устройства, известные как конденсаторы, могут накапливать заряд. При подаче стимула требуется время, чтобы зарядить мембрану до нового значения.

[Пожалуйста, обратитесь к учебнику по физике для колледжа для обзора основных свойств резисторов и конденсаторов.Дополнительный обзор резисторов, конденсаторов и постоянных времени, а также использование гидравлических аналогов для их понимания см. в: Byrne, J. H., Understanding Electricity with Water , epub, Lulu. com, 2011.]

Космическая постоянная. Рассмотрим еще один тепловой аналог. Возьмем длинный металлический стержень, температура которого снова изначально составляет 10 90 137 o 90 138 C, и рассмотрим последствия прикосновения одного конца стержня к плитке, нагретой до 100 90 137 o 90 138 C. (Предположим, что он находится там на определенное время). времени, чтобы позволить температурным изменениям стабилизироваться.) Как будет распределяться температура по длине стержня? Вдоль стержня возник бы температурный градиент из-за увеличения потерь тепла по мере удаления от источника тепла. Градиент температуры может быть описан экспоненциальной функцией расстояния из-за задействованных физических процессов.

Аналогичная ситуация имеет место и в нервных клетках. На рисунке слева представлена ​​идеализированная нервная клетка, в которой записи сделаны из разных областей вдоль аксона с шагом 1 мм.Тело клетки протыкают стимулирующим электродом, соединенным с батареей, величина которого изменяет потенциал тела клетки до -50 мВ (эквивалент помещения стержня 10 o C на горячую пластину 100 o C). ). Этот аксон, несмотря на то, что первоначально он имел пространственно однородный потенциал покоя -60 мВ, теперь имеет потенциал -50 мВ в соме, потому что это область, в которой применяется стимул. Однако потенциал не равен -50 мВ на всем протяжении аксона; он варьируется в зависимости от расстояния от сомы.На расстоянии 1 мм потенциал равен -56 мВ; на расстоянии 2 мм оно даже ближе к -60 мВ; и достаточно далеко вдоль аксона потенциал аксона составляет -60 мВ, потенциал покоя. Точно так же, как существует показатель того, как изменение потенциала изменяется со временем (постоянная времени), существует также показатель, обозначаемый символом λ (называемый пространственной константой или константой длины), который указывает, насколько сильно потенциал будет распространяться вдоль аксона в ответ на подпороговый стимул в другой точке. На рисунке 3.3, пространственная постоянная или постоянная длины равна 1 мм. Через 1 мм потенциал изменится на 63% от своего конечного значения. Если бы λ было больше 1 мм, потенциал распространился бы на большее расстояние. Если бы λ было равно 1/2 мм, потенциал распространялся бы меньше вдоль аксона. Таким образом, в то время как постоянная времени является показателем того, насколько быстро мембрана будет реагировать на стимул во времени, пространственная постоянная является показателем того, насколько хорошо подпороговый потенциал будет распространяться вдоль аксона в зависимости от расстояния. Пространственная постоянная является пассивным свойством мембран.Хотя это влияет на скорость распространения потенциалов действия, это независимый процесс. Это похоже на поверхность гоночной трассы, а потенциал действия подобен гоночному автомобилю. Если поверхность грязная, машина будет ехать медленно, если твердая и мощеная, то та же машина сможет ехать гораздо быстрее.

 

Константа длины может быть описана через физические параметры аксона, где d — диаметр аксона, R m — как и прежде, сопротивление мембраны, обратное проницаемости, и R i — внутреннее сопротивление (сопротивление аксоплазмы). R и – показатель способности зарядов двигаться по внутренней поверхности аксона. Небольшое подпороговое изменение в распределении заряда в одной точке вдоль аксона будет распространяться вдоль аксона, но при этом часть будет диффундировать обратно из мембраны, а часть продолжит двигаться вдоль аксона. Если сопротивление мембраны (R 90 104 м 90 105 ) велико, меньше просачивается и относительно больше перемещается по аксону. Увеличение R m похоже на изоляцию металлического стержня и нагрев стержня с одного конца.Чем больше изоляция (большее сопротивление тепловым потерям снаружи стержня), тем больше тепла будет проходить внутри стержня.

Скорость распространения. Как постоянная времени и пространственная постоянная связаны со скоростью распространения потенциалов действия? Чем меньше постоянная времени, тем быстрее деполяризация повлияет на соседнюю область. Если деполяризация быстрее воздействует на соседнюю область, она быстрее приведет соседнюю область к порогу. Следовательно, чем меньше постоянная времени, тем быстрее будет скорость распространения.Если пространственная постоянная велика, изменение потенциала в одной точке будет распространяться на большее расстояние вдоль аксона и быстрее приведет области расстояния к порогу. Следовательно, чем больше пространственная постоянная, тем быстрее отдаленные области будут доведены до порога и тем выше будет скорость распространения. Таким образом, скорость распространения прямо пропорциональна пространственной постоянной и обратно пропорциональна постоянной времени. Существуют отдельные уравнения, описывающие как постоянную времени, так и постоянную пространства.Приведенное выше понимание позволяет нам составить новое уравнение, объединяющее эти два.

Уравнение дает представление о том, как разные аксоны могут иметь разные скорости распространения. Один из способов наделить аксон высокой скоростью распространения — увеличить диаметр. Однако при изменении скорости распространения простым изменением диаметра возникает одна серьезная проблема. Чтобы удвоить скорость, необходимо вчетверо увеличить диаметр.Ясно, что должен быть лучший способ увеличить скорость распространения, чем простое увеличение диаметра.

Еще один способ увеличить скорость распространения — уменьшить емкость мембраны. Этого можно достичь, покрывая аксоны толстой изолирующей оболочкой, известной как миелин. Одна потенциальная проблема с этим подходом заключается в том, что процесс покрытия аксона будет охватывать зависимые от напряжения каналы Na + . Если каналы Na + закрыты, генерация потенциала действия будет невозможна.Вместо того, чтобы покрывать миелином весь аксон, покрываются только его участки, а некоторые области, называемые узлами, остаются открытыми.

3.3 Размножение в миелиновых волокнах

Распространение потенциалов действия в миелиновых волокнах показано на рис. 3.4. Начните с потенциала действия в узле слева. В отсутствие миелина потенциал действия будет активно распространяться посредством простых механизмов, обсуждавшихся выше. Однако теперь миелин закупоривает все потенциалзависимые натриевые каналы, поэтому потенциал действия не может активно распространяться.(На самом деле миелинизированные аксоны даже не имеют натриевых каналов в межузловой области.) Скорее, изменение потенциала, вызванное потенциалом действия в одном узле, пассивно распространяется в межузловой области вдоль аксона точно так же, как температура распространяется по длинному металлическому волокну. стержень. Потенциал распространяется, но становится меньше (уменьшается), точно так же, как изменение температуры, вызванное на одном конце стержня, будет уменьшаться по мере его распространения вдоль стержня.

Теперь рассмотрим точку, в которой пассивно распространяющийся потенциал достигает следующего узла.Будет инициирован «новый» потенциал действия. Стимулом для этого потенциала действия является деполяризация, возникающая на конце миелина. Каждый узел действует как «ретрансляционная станция», которая обновляет декрементированный сигнал. Снова подумайте об аналоге пороха, но на этот раз покройте стержень некоторой изоляцией и нанесите порох только на оголенные участки. Из-за изоляции изменение температуры, вызванное воспламенением пороха, будет эффективно распространяться по металлическому стержню. Произойдет некоторая потеря температуры, но достаточно воспламенить порох в следующей области, и процесс повторится.

 

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.