Содержание

Конвертер электрического тока • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Общие сведения

И. К. Айвазовский. Чесменский бой

Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.

Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.

Корабельная радиостанция. 1910 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.

Радиостанция компании Гудзонова залива. Около 1937 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.

Электронная вакуумная лампа, ок. 1921 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.

Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.

Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.

Радиопередатчик из Дрюммонвилля, Квебек, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.

Телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.

Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.

Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.

Джеймс Клерк Максвелл. Скульптура Александра Штоддарта. Фото Ад Мескенс. Wikimedia Commons.

Историческая справка

С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.

Портрет Хендрика Антона Лоренца (1916 г.) кисти Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925)

Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.

Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.

Электрический ток. Определения

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:

I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах

Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:

I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах

Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).

Размерность тока в системе СИ определяется как

[А] = [Кл] / [сек]

Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений

Алюминий — прекрасный проводник и поэтому широко используется для изготовления электрических кабелей

Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.

Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.

Эти высоковольтные воздушные коммутаторы содержат две основные детали: рубильник и изолятор, который устанавливаются в разрыв провода

С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.

В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.

Трансформатор с магнитопроводом из пластин. На краях хорошо видны Ш-образные и замыкающие пластины из трансформаторной стали

Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.

Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.

Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.

Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.

Хромированная пластмассовая душевая головка

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.

Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор, установленный в автомобиле Honda 2012 г.

Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.

Электрический ток в газах

Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.

Отвертка-пробник с неоновой лампой, показывающая наличие напряжения 220 В

Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.

Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.

Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.

Тихий разряд. Вольт-амперная характеристика.

Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.

Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.

Электронная лампа-вспышка с наполненной ксеноном трубкой (обведена красным прямоугольником)

Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.

Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.

Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.

Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.

Электрический ток в вакууме

Электронная лампа в радиопередающей станции. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.

Такие передающие телевизионные камеры использовались в восьмидесятых годах прошлого века. Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.

Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.

Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.

При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.

Сканирующий электронный микроскоп SU3500 в Университете Торонто, факультет технологии материалов

В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.

Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.

Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.

Лампа бегущей волны (ЛБВ) диапазона С. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.

Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.

Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.

Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.

Электрический ток в биологии и медицине

Учебная операционная в Научно-исследовательском институте им. Ли Кашина, Торонто, Канада. Используемые при обучении роботизированные пациенты-манекены умеют моргать, дышать, кричать, демонстрировать симптомы болезней и кровотечения

Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.

При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.

Объемное представление нервных путей, соединяющих различные области мозга. Изображение получено с помощью диффузионной тензорной визуализации (ДТВ) — неинвазивного метода исследований мозга.

Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.

Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ — неинвазивная методика нейровизуализации, позволяющая измерять активность мозга по изменениям в токе крови в кровеносных сосудах

В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.

Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.

К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.

Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.

Автоматический дефибриллятор для обучения лиц, не являющихся медработниками

Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.

У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.

Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.

Характеристики электрического тока, его генерация и применение

Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.

Токамак-де-Варен — токамак-реактор в г. Варен, пров. Квебек в 1981 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.

Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.

Коллектор в мотор-генераторе, ок. 1904 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.

Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.

Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.

Объектив лазера в приводе компакт-диска

В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.

Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.

Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.

Стрелочный мультиметр со снятой верхней крышкой

Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.

Измерение силы электрического тока

Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.

По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.

Подвижная рамка с катушкой, стрелкой и пружинами, используемая в гальванометре показанного выше мультиметра. Некоторые до сих пор предпочитают пользоваться стрелочными приборами, конструкция которых с конца 19-го века остается практически неизменной

Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:

  • мгновенное,
  • амплитудное,
  • среднее,
  • среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение тока I i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение тока Im — это наибольшее мгновенное значение тока за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.

Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.

Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение тока с помощью осциллографа

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:

Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта Rs=100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта Rs. Значение сопротивления шунта выбирается из условия Rs <<R. При проведении опытов учтём то обстоятельство, что рабочая частота осциллографа значительно выше рабочей частоты мультиметра.

Опыт 1

Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор Rs определяется по закону Ома:

IRMS = URMS/R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен

IP-P = UP-P/R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить IRMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).

Опыт 2

Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:

IRMS = URMS/R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).

Опыт 3

Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.

Опыт 4

Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе Rs=100 Ом.

Техника безопасности при измерении тока и напряжения

Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии

  • Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
  • Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков ( при напряжении свыше 1000 В).
  • Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
  • При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
  • Пользоваться исправным измерительным инструментом.
  • В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
  • Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
  • Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Работа электрического тока

всем привет меня зовут владимир романов тема урока работа электрического тока работу совершает напряженность электрического поля когда мы с вами говорим электрических сетях то работу совершает конечно же электрическое напряжение по перемещению электрического заряда умножаем напряжение на заряд и мы получим работу если мы вспомним что электрический заряд равен произведению силы тока на время подставляем это выражение вместо заряда и мы получим еще одну формулу для вычисления работы это электрическое напряжение умножить на силу тока и умножить на время за которое совершается работа работу мы измеряем в джоулях электрическое напряжение в вольтах силу тока в амперах и время мы измеряем в секундах теперь умножаем 1 вольт на 1 ампер и на одну секунду мы получим работу в 1 джоуль и теперь рассмотрим решение задач сила тока в двигатель и электрического вентилятора равняется 0,15 ампер а определите работу электрического тока в течение двух минут записывая формулу для вычисления работы электрического тока напряжение электрической сети возьмем равным 220 вольт am переводим минуты в секунды в одной минуте 60 секунд 2 умножаем на 60 получим 120 секунд подставляем все наши значения в формулу это будет 3960 джоулей задача номер два настольная лампа при силе тока 0,3 ампера израсходовала 660 джоулей энергии сколько времени горела лампа расход энергии или изменений энергии будет равняться работе электрического тока напряжение в домашней сети мы возьмем равным 220 вольт ом и из формулы для вычисления работы электрического тока выразим чему будет равняться время t для этого произведения луна и мы перенесем в знаменатель левой части и отношении работы к напряжению умноженному на силу тока будет равняться времени t подставляем наши значения получим 10 секунд задача номер три электрический кипятильник при силе тока в 5 ампер может вскипятить пол-литра воды взятых при температуре 20 градусов за 5 минут найдите коэффициент полезного действия кипятильника сначала вычислим работу которую совершает электрический ток за пять минут пять минут переводим в секунды умножаем 5 на 60 это будет 300 секунд подставляем значения получим 330000 джоулей делим это значение на 1000 получим килоджоулей теперь вычислим количество теплоты которая получает вода пол-литра воды весит пол килограмма удельная теплоемкость воды 4200 и мы нагреваем воду от 20 градусов цельсия до 100 также подставляем значения теперь у нас т1 это 100 градусов т2 это 20 градусов получим 168 тысяч джоулей так же делим это значение на тысячу получим килоджоулей и чтобы нам получить коэффициент полезного действия кипятильника нам нужно количество теплоты разделить на работу электрического тока и умножить на 100 тогда мы получим процент и работа электрического тока у нас в килоджоулях и количество теплоты также в килоджоулях подставляем значения и приблизительно это будет пятьдесят один процент коэффициент полезного действия кипятильника на сегодня это все получаете только хорошие оценки всем пока

Работа и мощность тока | Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ

Любые машины, установки и приборы, приводимые в движение электричеством, являются потребителями электрической энергии.

Чем больше электрической энергии потребляет ежесекундно установка, тем больше масштаб производимых ею работ. Важнейшей характеристикой электрической машины, установки, прибора является мощность — количество потребляемой в секунду электрической энергии.

Чтобы узнать мощность установки, надо умножить электрическое напряжение, при котором она работает, на силу проходящего через установку тока. Почему это так — понять нетрудно. Как мы уже знаем, напряжение, подведённое к установке, показывает, какую работу совершает поле, перемещая через установку один кулон электричества. Сила тока в амперах выражает число кулонов, прошедших за 1 секунду. Если мы умножим работу, совершённую над каждым зарядом, на число зарядов, прошедших за секунду, то узнаем полную работу, совершённую электрическим полем за 1 секунду. А это и есть поглощённая в установке мощность. За счёт этой затрачиваемой ежесекундно электрической энергии совершается полезная работа установки.

Итак,

мощность=напряжение х сила тока.

Мощность измеряется в ваттах и киловаттах.

1 ватт — это такая мощность, которая выделяется в проводнике в том случае, когда напряжение поля на концах проводника равно одному вольту, а сила тока в проводнике— одному амперу. 1000 ватт составляет 1′киловатт.

Через дуговой фонарь, который мы видим на рис. 12, идёт ток в 5 ампер. Этот ток вызван электрическим полем напряжением в 55 вольт. Перемножая напряжение и силу тока, узнаем, что мощность дуги равна

55×5=275 ватт=0,275 киловатта.

Чем больше мощность дуги, тем больше даёт она тепла и света.

Мощность лампочки карманного фонаря равна примерно 1 ватту, т. е. 0,001 киловатта. Мощность советского шагающего экскаватора около 7000 киловатт.

Замечательным и очень важным для практики свойством электрической энергии является лёгкая возможность её концентрации и дробления. Современный советский тепловой генератор (турбогенератор) развивает мощность в 100 000 киловатт. Эта мощность равна мощности 40 тяжёлых паровозов ФД. От сети, питаемой этим генератором, черпает энергию огромный стан для прокатки металла мощностью свыше 25 ООО киловатт, и электрические часы, мощность которых всего лишь 0,000003 киловатта.

Мощность электрического прибора или установки показывает, сколько электроэнергии потребляется в одну секунду. Общее количество энергии, поступившей в установку за какое-то время, мы узнаем, если умножим мощность установки на время её работы:

энергия = мощность х время.

Эта величина характеризует объём работы, совершённой установкой.

Если бы вся поглощаемая электроэнергия шла на совершение полезной работы, то, умножая мощность на время, мы узнали бы величину работы, которую выполнила установка (например, подъёмный кран). Однако часть электроэнергии затрачивается на преодоление трения движущихся частей самой установки, на нагрев обмотки и другие непроизводительные работы. Поэтому полезная работа установки меньше, чем потребляемая ею электроэнергия. Отношение полезной работы к поглощённой энергии называется коэффициентом полезного действия установки. Электрические машины обладают высоким коэффициентом полезного действия.

В технике энергия и работа измеряются в кило-ват т-ч асах. 1 киловатт-час — это такая энергия, которая потребляется за час прибором мощностью в 1 киловатт. В качестве более мелкой единицы применяют 1 гектоватт-час, равный 0,1 киловатт-часа.

Представление о том, чему равна энергия в один киловатт-час, дают следующие цифры, приведённые известным советским энергетиком академиком А. В. Винтером.

Для выплавки 1 тонны чугуна или стали нужно затратить 20 киловатт-часов. На добычу каждой тонны нефти — 28 киловатт-часов. 40 киловатт-часов электроэнергии затрачивает электротрактор на вспашку 1 гектара.

Энергия в 1 киловатт-час позволяет выполнить любую из следующих работ:

1)    добыть и доставить на поверхность земли 75 килограммов угля;

2)    прокатать 50 килограммов металлических изделий;

3)    изготовить 10 метров хлопчатобумажной ткани;

4)    выпечь 88 килограммов хлеба;

5)    вывести в инкубаторе 30 цыплят

Что такое сила тока и чем она отличается от напряжения?


Что такое сила тока и напряжение? Как их различать? Эти вопросы очень сложны для понимания современного человека, а прочитав Википедию или учебник по физике, Вы еще больше запутаетесь в сложно переплетённых формулировках и законах Ома и Кирхгофа. Просто для подтверждения малограмотности большинства людей в электродинамике спросите у своих друзей: «Какая величина тока в комнатной розетке?» В ответ мы с 90% вероятностью услышим: «Что за глупый вопрос? Конечно 220 вольт!» Упрямые факты и практика общения с людьми самых различных специальностей показывают, что не так уж много людей даже с высшим образованием могут ответить на этот простой школьный вопрос правильно. Если Вы также ошибочно считаете, что величина тока в комнатной розетке равна 220 В., то я попытаюсь направить Вас на путь правильного понимания природы электричества. Большинство людей просто удаляют скучную информацию о силе тока и напряжении из своего мозга после окончания школы. Тем не менее, я попытаюсь объяснить разницу между этими понятиями не с помощью скучной и заумной теории, которая написана языком понятным только для людей с инженерным складом ума, а с помощью простой аналогии из «мира водопроводных труб».Представите себе, что все провода – это водопроводные трубы с водой, а аккумуляторы – насосы, которые эту воду непрерывно качают. При таком сравнении напряжение – это разность давлений до и после насоса, а ток – это расход воды за 1 секунду. Такая аналогия даст наиболее верное понимание природы тока и напряжения.Никогда не путайте понятия ток и энергопотребление. Это совершенно разные вещи. Из понятий напряжения и тока вытекает новое понятие – мощность. Если напряжение характеризует потенциальную энергию (разность давлений до и после насоса), а ток – кинетическую (количество перекачанных литров воды за одну секунду), то их произведение равно мощности. Если мощность умножить на время, то мы получим работу тока (энергопотребление).В реальной жизни большинство труб заканчивается кранами и это соответствует точнейшей аналогии из мира электричества – это нагрузка. Подключая лампочку, электромотор или телевизор в сеть мы создаем расход электричества, т.е. появляется ток. Если в розетку не подключать абсолютно никаких электроприборов, то ее напряжение останется неизменным – 220 вольт, а ток будет равен нулю. Если нет расхода – нет тока. Следовательно, правильный ответ на вопрос в заголовке будет звучать так: «Ток – это количество электричества, а напряжение – мера потенциальной энергии источника электричества».

напряжение, сила тока и сопротивление, постоянный и переменный ток

На сегодняшней встрече мы поведем разговор об электричестве, которое стало неотъемлемой частью современной цивилизации. Электроэнергетика вторглась во все сферы нашей жизни. А присутствие в каждом доме бытовых приборов, использующих электрический ток настолько естественная и неотъемлемая часть быта, что мы принимаем это как должное.

Итак, вниманию наших читателей предлагаются основные сведения об электрическом токе.

Что такое электрический ток

Под электрическим током понимают направленное движение заряженных частиц. Вещества, содержащие достаточное количество свободных зарядов, называют проводниками. А совокупность всех устройств, соединенных между собой помощью проводов называют электрической цепью.

В повседневной жизни мы используем электричество, проходящее по металлическим проводникам. Носителями заряда в них являются свободные электроны.

Обычно они хаотично мечутся между атомами, но электрическое поле вынуждает их двигаться в определенном направлении.

Как это происходит

Поток электронов в цепи можно сравнить с потоком воды, ниспадающей с высокого уровня на низкий. Роль уровня в электрических цепях играет потенциал.

Для Протекания тока в цепи на её концах должна поддерживаться постоянная разность потенциалов, т.е. напряжение.

Его принято обозначать буквой U и измерять в вольтах (B).

Благодаря приложенному напряжению в цепи устанавливается электрическое поле, которое и придаёт электронам направленное движение. Чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле, а значит и интенсивность потока направленно движущихся электронов.

Скорость распространения электрического тока равна скорости установления в цепи электрического поля, т. е. 300 000 км/с, однако скорость электронов едва достигает лишь нескольких мм в секунду.

Принято считать, что ток течёт от точки с большим потенциалом, т. е. от (+) к точке с меньшим потенциалом, т. е. к (−). Напряжение в цепи поддерживается источником тока, например батарейкой. Знак (+) на её конце означает, недостаток электронов, знак (−) их избыток, поскольку электроны — носители именно отрицательного заряда. Как только цепь с источником тока становиться замкнутой, электроны устремляются от места, где их избыток, к положительному полюсу источника тока. Их путь пролегает через провода, потребители, измерительные приборы и другие элементы цепи.

Обратите внимание, направление тока противоположно направлению движения электронов.

Просто направление тока по договоренности учёных определили до того как была установлена природа тока в металлах.

Некоторые величины, характеризующие электрический ток

Сила тока. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 сек, называют силой тока. Для её обозначения используют букву I, измеряют в амперах (A).

Сопротивление. Следующая величина, о которой необходимо знать — это сопротивление. Оно возникает из-за столкновений направленно движущихся электронов с ионами кристаллической решетки. В результате таких столкновений электроны передают ионам часть своей кинетической энергии. В результате чего проводник нагревается, а сила тока уменьшается. Сопротивление обозначается буквой R и измеряется в омах (Ом).

Сопротивление металлического проводника тем больше, чем длиннее проводник и меньше площадь его поперечного сечения. При одинаковой длине и диаметре провода наименьшим сопротивлением обладают проводники из серебра, меди, золота и алюминия. По вполне понятным причинам на практике используют провода из алюминия и меди.

Мощность. Выполняя расчёты для электрических цепей, иногда требуется определить потребляемую мощность (P).

Для этого следует силу тока, протекающую по цепи умножить на напряжение.

P=IU

Единицей измерения мощности служит ватт (Вт).

Постоянный и переменный ток

Ток, даваемый разнообразными батарейками и аккумуляторами, является постоянным. Это означает, что силу тока в такой цепи можно изменять лишь по величине, меняя различными способами её сопротивление, а его направление при этом сохраняется неизменным.

Но большинство электробытовых приборов потребляют переменный ток, т. е. ток величина и направление которого непрерывно изменяются по определенному закону.

Он вырабатывается на электростанциях, а затем через линии высоковольтных передач попадает в наши дома и на предприятия.

В большинстве стран частота изменения направления тока равна 50 Гц, т. е происходит 50 раз в секунду. При этом каждый раз сила тока постепенно нарастает, достигает максимума, затем убывает до 0. Затем этот процесс повторяется, но уже при противоположном направлении тока.

В США все приборы работают на частоте 60 Гц. Интересная ситуация сложилась в Японии. Там на одной трети страны используют переменный ток с частотой в 60 Гц, а на остальной части — 50 Гц.

Осторожно — электричество

Поражения электрическим током можно получить при использовании электробытовых приборов и от ударов молнии, поскольку человеческий организм хороший проводник тока. Нередко электротравмы получают, наступив на лежащий на земле провод или отодвинув руками отвисшие электрические провода.

Напряжение свыше 36 В считается опасным для человека. Если через тело человека пройдет ток всего лишь в 0,05 А, он может вызвать непроизвольное сокращение мышц, которое не позволит человеку самостоятельно оторваться от источника поражения. Ток в 0,1 А смертелен.

Ещё опаснее переменный ток, поскольку оказывает более сильное воздействие на человека. Этот наш друг и помощник в ряде случаев превращается в беспощадного врага, вызывая нарушение дыхания и работу сердца, вплоть до его полной остановки.

Он оставляет страшные метки на теле в виде сильнейших ожогов.

Как помочь пострадавшему? Прежде всего, отключить источник поражения. А затем уже позаботиться об оказании первой медицинской помощи.

Наше знакомство с электричеством подходит к концу. Добавим лишь несколько слов о морских обитателях, обладающих «электрическим оружием». Это некоторые виды рыб, морской угорь и скат. Самым опасным из них является морской угорь.

Не стоит подплывать к нему на расстояние менее 3 метров. Удар его не смертелен, но сознание можно потерять.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна


Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Главный закон электричества! | АВБ Электрика. Профессионально

Если вы совершенно ничего не понимаете в электрике – прочитайте эту статью и я объясню вам самыми простыми словами!

Для того чтобы понимать многие вещи в электрике запомните простой закон – объединяющий Напряжение в сети, силу тока и сопротивление подключенного электропотребителя.

1. Сопротивление

Любой кусок металла имеет сопротивление. Любой провод, и многие жидкости. И чем длиннее этот провод – тем выше его сопротивление, потому как электрическому току нужно пройти большее “расстояние”.

Аналогично чем провод тоньше, тем больше сопротивление.Некоторые материалы также имеют большее сопротивление чем другие.

Сопротивление рассчитывается или измеряется между точками подключения.

2. Напряжение

В обычной Российской розетке напряжение 220 Вольт (у везунчиков 230 Вольт). В USB розетке 5 Вольт, в автомобильном аккумуляторе 12 Вольт. В Америке от 100 до 127 Вольт. Просто запомните – чем больше напряжение, тем больше энергии может пройти в нагрузку за единицу времени.

Напряжение находится между плюсом и минусом в батарейках, и между отверстиями в розетке.

3. Сила тока

Представляет собой величину, появляющуюся при подключении сопротивления к напряжению. Чем меньше сопротивление, тем больше сила тока.

Низкое сопротивление легко получить – достаточно небольшого отрезка проволоки. Поэтому чтобы ограничить силу тока, применяют автоматические выключатели – рассчитанные как раз на какой-то определенный ток. Например 1 Ампер, 6 Ампер, 16 Ампер, 100 Ампер.

4. Мощность

Если умножить Напряжение на Силу тока можно получить Мощность. Интересно другое, что если Мощность поделить на Напряжение – можно получить силу тока!

Мощность часто пишут на электроприборе, а напряжение в розетке вам известно (если этот прибор подключают в розетку)

Например, чайник 2200 Вт, можно разделить 2200/220 = 10 – получили силу тока 10 Ампер. Если у нас автоматический выключатель на 16 Ампер, значит чайник можно включить. А 2 чайника? Одновременно лучше не включать, а по очереди пожалуйста!

5. Закон, который обещал написать, но не написал

Ток в потребителе – чайнике, фене, бойлере, будет тем больше, чем большая мощность указана на приборе. В общем можно измерить сопротивление и чем оно меньше, тем ток больше, при одинаковом напряжении.

Отсюда следует, что если вы замкнете розетку коротеньким проводком (имеющим очевидно малое сопротивление) то ток пойдет по нему большой. Даже слишком большой для обычной квартирной сети.

Где-то я слышал что дверная пружина даст 37 кВт тепла при подключении на 220 Вольт. Так кто-то “проектировал” нагреватель для сауны.

Можно посчитать ток 37000 В*А / 220 В = 168 Ампер

Можно посчитать сопротивление R=U/I => 220/168 = 1.3 Ома.

Имейте ввиду, что сопротивление нагревательных приборов значительно увеличивается по мере разогрева нити накала (доли секунд, но все таки).

А для индуктивных нагрузок включается реактивное сопротивление, которое тоже будет больше измеренного Мультиметром в режиме Омметра (подробнее смотрите в нашей статье про выбор мультиметра)

Георг Ом – в 1827 году опубликовал описанные выше взаимосвязи

Георг Ом – в 1827 году опубликовал описанные выше взаимосвязи

Заключение

Описанные выше соотношение называют Законом Ома для участка цепи. Достаточно хорошо усвоить то, что написано выше, и многие вещи в электричестве станут для Вас легче и понятнее.

Если у Вас есть какие-либо вопросы по электричеству – звоните нам, не стесняйтесь – поможем каждому!

Если вы чувствуете, что хотите узнать больше по электричеству, но очень боитесь электросхем – обратите внимание на статью “Читаем схему в электрощите за 5 минут”

Пожалуйста не становитесь электриком после прочтения данной статьи, прочитайте хотя бы все на нашем канале. Комментаторы беспокоятся за вашу жизнь и здоровье!!!

Спасибо за внимание и до новых встреч!

PS Вам будет полезно и интересно!
  • Обращайтесь к нам для тщательной и независимой проверки вашей электрики в Санкт-Петербурге на самом высоком уровне!
  • Читайте наши статьи на Дзен-канале – АВБ Электрика. Профессионально
  • Ставьте лайки, если почерпнули что-то полезное – я пишу свой опыт и делюсь с Вами своими знаниями
  • Оставляйте комментариия отвечаю на каждый из них! И открываю их для свободного и конструктивного общения
  • Заходите на наш сайт, чтобы заказать качественный проект электрики или электромонтажные работы в Санкт-ПетербургеAVB.SPB.RU

Понимание закона Ома – Пи моей жизни

Закон Ома является одной из основ электроники и невероятно удобен для быстрого расчета тока, напряжения или сопротивления цепи. Вам нужно будет знать как минимум два значения.

Закон Ома определяет математическую зависимость между током, напряжением и сопротивлением сети.

Этот закон был назван в честь немецкого физика и математика XIX века Георга Ома. Ом обнаружил взаимосвязь еще в то время, когда не было способа легко измерить ток, напряжение или сопротивление.

Несмотря на то, что при первой публикации книга была принята холодно, она стала обязательной для всех, кто интересуется электрическими цепями. Закон Ома стал частью основы нашего современного понимания электрических цепей.

Если вы делаете какой-либо из наших проектов электроники Raspberry Pi, в которых используются схемы, вам может пригодиться это руководство.

Что такое закон Ома?

Закон Ома гласит, что ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален напряжению в двух точках и обратно пропорционален сопротивлению между двумя точками.

Проще говоря, если ток в цепи удваивается, то и напряжение тоже удваивается. Аналогично, если сопротивление в цепи увеличить вдвое, то ток упадет вдвое.

Хотя это может показаться немного сложным, фактическая математика, стоящая за этой теорией, невероятно проста для понимания и запоминания.

Формула закона Ома

К счастью для нас, формула закона Ома невероятно проста для понимания.

Закон Ома можно выразить в виде математической формулы, как показано ниже.

Эта формула говорит, что напряжение ( В ) равно току ( I ), умноженному на сопротивление ( R ).

Во всех формулах закона Ома мы используем следующие переменные.

  • В = напряжение, выраженное в вольтах.
  • I = ток, выраженный в амперах.
  • R = Сопротивление, выраженное в Омах.

Хотя формулу можно использовать для расчета напряжения, ею также можно манипулировать, чтобы вместо этого мы могли рассчитать ток или сопротивление в цепи.

Для начала давайте изменим формулу, чтобы мы могли рассчитать ток ( I ) цепи.

Мы также можем изменить базовую формулу закона Ома так, чтобы мы могли рассчитать сопротивление ( R ) цепи.

Калькулятор закона Ома

Чтобы использовать этот калькулятор закона Ома, сначала выберите, хотите ли вы рассчитать напряжение, ток или сопротивление.

При выбранном режиме все, что вам нужно сделать, это ввести два необходимых значения.Калькулятор автоматически рассчитает правильные значения.

Треугольник закона Ома

Одним из самых простых способов запомнить три различные формулы закона Ома является треугольник.

Средний горизонтальный делитель треугольника представляет деление, то есть всякий раз, когда в формулу входит напряжение ( В ), все остальные буквы делятся на него.

Например, если мы хотим рассчитать ток ( I ), нам нужно разделить напряжение ( В ) на сопротивление ( R ).

Обведя « I » в треугольнике, мы увидим, что формула остается в треугольнике с V над R .

Мы также можем использовать этот же треугольник, чтобы выработать формулу для расчета сопротивления ( R ) цепи.

Сопротивление ( R ) обведено, мы видим, что формула, которую мы должны использовать, представляет собой напряжение ( V ), деленное на ток ( I )

Вертикальная линия в треугольнике представляет умножение. Эта линия используется только при расчете напряжения (В).

Снова используя треугольник закона Ома, мы можем быстро увидеть формулу, которую нам нужно использовать, обведя « V », так как это значение, которое мы хотим вычислить.

Из этого мы можем легко увидеть, что для определения напряжения ( В ) все, что нам нужно сделать, это умножить ток ( I ) на сопротивление ( R ).

Пример закона Ома в действии

Далее мы рассмотрим три различных примера схем.

Эти примеры касаются использования каждого варианта трех различных формул закона Ома.

Пример напряжения

В этом первом примере мы начнем с формулы основного закона Ом для расчета напряжения цепи.

Для расчета напряжения нам нужно знать сопротивление ( R ) и ток ( I ) цепи.

В этом примере схемы вы можете видеть, что у нас есть сопротивление ( R ) 200 Ом и ток ( I ) 5 Ампер.

Чтобы рассчитать напряжение, нам нужно вставить два наших значения в нашу формулу закона Ома.

Заполнив формулу, вы можете видеть, что все, что нам нужно сделать, это умножить 200 на 5 для расчета напряжения.

Перемножив сопротивление и ток, мы видим, что напряжение для схемы из примера равно 1000 Вольт .

Пример тока

Во втором примере мы будем использовать модифицированную версию формулы закона Ома для расчета тока следующей цепи.

Из этой схемы мы знаем, что сопротивление ( R ) равно 50 Ом и что напряжение ( В ) равно 24 Вольта .

Нам нужно поместить эти значения в нашу формулу закона Ом, которая была изменена для расчета тока ( I ).

Со значениями сопротивления и напряжения, введенными в формулу, мы видим, что нам нужно разделить 24 на 50 для расчета тока.

Используя закон Ома, мы вычисляем ток в цепи как 0. 48 Ампер .

Пример сопротивления

В нашем третьем и последнем примере мы будем использовать третью версию формулы закона Ома. В этом случае мы будем использовать формулу для расчета сопротивления цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление цепи, нам нужно знать напряжение ( В ) и ток ( I ) цепи.

Из этого примера схемы видно, что наша схема имеет ток 10 Ампер и напряжение 20 Вольт .

Нам нужно вставить эти два значения в нашу формулу сопротивления по закону Ома.

Исходя из этого, мы можем рассчитать необходимое нам сопротивление, разделив напряжение 20 на 10 ампер .

Рассчитав это, мы видим, что сопротивление схемы в нашем примере должно быть 2 Ом .

Надеюсь, теперь у вас есть понимание закона Ома и того, как его использовать. Мы рассмотрели, как вы можете использовать треугольник закона Ома для простого запоминания трех различных формул.

Вы найдете эти уравнения очень удобными в проектах, которые используют схемы, такие как все наши проекты Arduino.

Если у вас есть какие-либо советы или отзывы, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже.

Полное руководство по извлечению квадратного корня из трех в расчетах мощности • Услуги Valence по обучению электрику

Зак Стоун, ЧП связался со мной после того, как я (Крис Верстюк пишет прямо сейчас) опубликовал свой недавний пост «Понимание великих дебатов о лидирующей и отстающей силе», потому что я неправильно определил кажущуюся силу.Благодаря его зоркому глазу и знанию предмета, никто из тех, кто купил Справочник по тестированию реле: Тестирование защиты реле генератора, никогда не видел моей ошибки, и я все еще могу выглядеть экспертом 😃

После того, как он позвонил мне, я проверил его сайт и спросил себя: «Где был этот парень, когда я проходил физкультуру экзамен?” Он любезно предложил написать гостевой пост о квадратном корне из трех, который, вероятно, является наиболее распространенным числом, используемым в тестировании реле, которое мало кто действительно понимает.

Надеюсь, вам понравится этот гостевой пост от Зака.

Крис Верстюк

Вы когда-нибудь задумывались, почему квадратный корень из трех фигурирует во многих расчетах трехфазной мощности?

Откуда этот номер и почему он такой особенный?

Хотя длинный ответ на эти вопросы исходит из тригонометрии, хорошая новость заключается в том, что мы можем использовать векторные диаграммы, чтобы сделать объяснение очень простым для понимания.

Понимание векторных диаграмм является важным навыком для тестирования реле, и работа с примерами в этой статье даст вам более глубокое понимание и понимание векторных величин в векторных диаграммах.Независимо от того, в какой отрасли вы работаете, это очень поможет вашей карьере в области электроэнергетики и тестирования реле.

Поскольку некоторые математические расчеты, приведенные ниже, могут быть вам незнакомы, мы рассмотрим их шаг за шагом с четкими схемами и пояснениями, чтобы вам было легко их понять.

Меня зовут Зак Стоун, физкультурник. Я ведущий инструктор популярной онлайн-программы обучения экзамену NCEES® по электроэнергетике на сайте www.electricalpereview.com, и в этой статье я собираюсь помочь вам понять, почему квадратный корень из трех так часто появляется в трехфазном питании.

Начнем со знакомого соединения звездой силового трансформатора.

1. Соединение звездой

Предположим, что у нас есть три отдельных вольтметра, подключенных поперек каждой линии к нейтрали на каждой фазе вторичных клемм трансформатора, соединенных звездой: 

Рис. 1. Вторичные клеммы трансформатора, соединенного звездой

Если мы используем опорный угол в ноль градусов для напряжения линии A-фазы к нейтрали (VAN), результирующая векторная диаграмма напряжения для системы прямой последовательности (ABC) будет выглядеть следующим образом: 

Рис. 2: Векторная диаграмма напряжения фазы по схеме «звезда»

Взглянув на диаграмму трансформатора, мы можем использовать измерения напряжения между фазой и нейтралью для расчета линейного напряжения на фазе А трансформатора (VAB) путем суммирования векторных величин напряжения последовательно от клеммы фазы А до терминал B-фазы:

Рис. 3. Линейное напряжение фазы А трансформатора (VAB)  

Давайте сравним положительное опорное напряжение (+) на клемме фазы A и отрицательное опорное напряжение (-) на клемме фазы B для линейного напряжения фазы A (VAB) с фазой A и фазой B. напряжения линии к нейтрали (ВАН и ВБН):

  • Полярность линии A-фазы к напряжению нейтрали (VAN) соответствует той же ориентации , что и полярность линейного напряжения A-фазы (VAB)
  • Полярность линии B-фазы к напряжению нейтрали ( VBN) находится в  противоположной   ориентации  полярности линейного напряжения фазы A (VAB)

Вот почему напряжение линии B-фазы к нейтрали (VBN) является отрицательным, когда мы суммируем напряжение от Клемма фазы A к клемме фазы B, когда мы вычисляем линейное напряжение фазы A (VAB) по формуле:

ВАБ = ВАН – ВБН.

Помните, что это не обычные числа, это векторные величины с амплитудой и фазовым углом. Чтобы использовать сложение фазоров ниже, будет проще думать об этой формуле как о сложении двух фазоров. За исключением того, что один из них был умножен на минус вот так:

ВАБ = ВАН + (-ВБН).

2. Соединение звездой — умножение вектора на отрицательную единицу

Умножение векторной (или векторной) величины на отрицательное равносильно повороту векторной диаграммы на плюс-минус 180 градусов без изменения величины.

Мы можем использовать эту связь, чтобы найти -VBN из VBN:

Рис. 4. Поворот VBN на 180 градусов

Так как линия B-фазы к напряжению нейтрали (VBN) имеет фазовый угол отрицательных 120 градусов, фазовый угол для -VBN будет положительным 60 градусов и равным по величине.

Поскольку мы будем добавлять VAN и -VBN для расчета линейного напряжения фазы A (VAB), давайте покажем только эти два вектора на векторной диаграмме: 

Рисунок 5: Векторная диаграмма VAN и -VBN

Теперь мы готовы использовать сложение векторов, чтобы найти линейное напряжение фазы A (VAB).

3. Соединение звездой – Дополнение Phasor

Чтобы сложить два вектора (или вектора) вместе, сложите их друг над другом от начала до конца, затем нарисуйте новый вектор, начиная с начала координат и заканчивая головой последнего вектора.

Поскольку у нас есть два разных вектора, мы можем сделать это двумя разными способами и все равно получить одно и то же количество векторов для линейного напряжения фазы A (VAB): 

F рис. 6: VAN и -VBN Phasor Дополнение

Мы собираемся произвольно использовать первую диаграмму сложения векторов выше слева для расчета линейного напряжения фазы A (VAB), но любой из них даст одно и то же окончательное значение.

Мы также собираемся предположить, что система сбалансирована, что означает, что величины напряжения каждой линии относительно нейтрали в каждой фазе равны. Чтобы упростить предстоящую математику, мы также будем произвольно использовать значение в один вольт для этих значений (VAN = VBN = VCN = 1V).

Чтобы рассчитать линейное напряжение фазы A (VAB) с помощью сложения векторов, мы собираемся использовать немного тригонометрии, но я обещаю, что это будет просто, поэтому не пугайтесь, если вам не слишком удобно работать с синусоидой. функции косинуса и тангенса.

Во-первых, мы вычислим действительную (a) и мнимую составляющие (b) -VBN, что является еще одним способом сказать, что мы собираемся вычислить длину двух других сторон прямоугольного треугольника, который составляет -VBN. по горизонтальной оси:

Рисунок 7: Действительные (a) и мнимые (b) компоненты -VBN

Действительный компонент (a) -VBN равен 0,5, который находится с помощью функции косинуса:

Помните, что когда мы поворачивали VBN, чтобы найти -VBN, величина не менялась.Это означает, что величина -VBN по-прежнему равна одному вольту, так как ранее мы произвольно установили величины напряжения линии на нейтраль для каждой фазы равными 1 вольту для упрощения математики (VAN = VBN = VCN = 1V).

Мнимая составляющая (b) -VBN приблизительно равна 0,866, что определяется с помощью функции синуса:

Мы можем использовать действительную (a) и мнимую составляющую (b) -VBN вместе с величиной VAN = 1 вольт при нуле градусов, чтобы заполнить недостающие значения векторной диаграммы линейного напряжения фазы A (VAB ): 

Рис. 8: Векторная диаграмма линейного напряжения фазы А (VAB)

Обратите внимание, что на рисунке выше мнимая составляющая линейного напряжения фазы А (VAB) равна мнимой составляющей -VBN (0.866).

Чтобы найти действительную составляющую линейного напряжения фазы А (VAB), мы просто добавим величину VAN (1 вольт) к действительной составляющей -VBN (0,5), поскольку они оба находятся под углом ноль градусов. .

Действительная составляющая линейного напряжения фазы A (VAB) равна 1 + 0,5 = 1,5: 

Рис. 9: Линейное напряжение фазы А (VAB), действительная и мнимая составляющие

Теперь мы готовы, наконец, рассчитать как амплитуду, так и фазовый угол линейного напряжения фазы А (VAB), из которого берется квадратный корень из трех.

4. Соединение звездой – расчет величины линейного напряжения и фазового угла

Во-первых, мы рассчитаем величину линейного напряжения фазы A (VAB), используя Теорему Пифагора, где C – величина VAB, A – действительная составляющая VAB (1.5), а B – мнимая составляющая VAB. (0,866):

Величина линейного напряжения фазы A (VAB) составляет 1,732 В.

Далее мы рассчитаем фазовый угол линейного напряжения фазы A (VAB) с помощью тангенса:

Фазовый угол (ɸ) линейного напряжения фазы А (VAB) составляет 30 градусов.

Полная векторная диаграмма линейного напряжения фазы A (VAB) выглядит следующим образом: 

Рис. 10: Линейное напряжение фазы A (VAB), завершенная векторная диаграмма

Если вы знакомы с расчетами трехфазной мощности, то число 1,732 также должно быть вам знакомо.

Поскольку мы использовали значение 1 вольт для величины линейных напряжений фаз A, B и C к нейтрали (VAN = VBN = VCN = 1 В), линейное напряжение фазы A (VAB) точно в 1,732 раза больше. чем линия А-фазы к напряжению нейтрали (VAN).

1,732 на самом деле является квадратным корнем из трех:

5. Соединение звездой – линейные и фазовые отношения

Линейное напряжение сбалансированной трехфазной системы всегда будет больше, чем линейное напряжение к нейтрали, ровно на квадратный корень из трех из-за сложения фазора.

В нашем случае мы добавили линию фазы A к напряжению нейтрали (VAN) с отрицательной линией фазы B к напряжению нейтрали (-VBN), чтобы найти линейное напряжение фазы A (VAB):

Рис. 11: Линейное напряжение фазы А трансформатора (VAB)

Поскольку мы использовали опорный угол, равный нулю градусов, для напряжения линии фазы A к напряжению нейтрали (VAN), напряжение линии фазы A (VAB) опережает линию фазы A к напряжению нейтрали (VAN) ровно на 30 градусов.

Это же отношение сложения фазора также является причиной того, что линейное напряжение всегда будет опережать линейное напряжение относительно нейтрали на 30 градусов для сбалансированной системы с прямой последовательностью (ABC).

Если бы мы завершили весь этот процесс для двух других оставшихся фаз B и C и начертили результирующую векторную диаграмму, то увидели бы, что это применимо к каждой фазе: 

Рис. 12: Векторная диаграмма напряжения для всех трех фаз соединения звездой

Вы заметите, что приведенная выше векторная диаграмма представляет собой векторную диаграмму напряжения для сбалансированного и положительной последовательности (ABC) соединения звездой, с которым вы, скорее всего, уже знакомы.

6. Соединение звездой – использование калькулятора

Если у вас есть калькулятор, который может обрабатывать векторы как в полярной (величина и угол), так и в прямоугольной (действительная составляющая и мнимая составляющая), вы можете сделать все вышеперечисленное за один шаг в своем калькуляторе, хотя это действительно помогает знать что калькулятор делает в процессе, чтобы вы понимали, откуда берутся эти значения.

Здесь то же соединение трансформатора вторичной обмотки звездой, что и раньше, с линейным напряжением фазы A (VAB), показанным как разница между напряжением линии A-фазы и нейтрали (VAN) и напряжением фазы B-фазы к нейтрали (VBN) :

Рисунок 13: Линейное напряжение фазы А трансформатора (VAB)

Рассчитаем линейное напряжение фазы А (VAB) с помощью калькулятора.

Я использую Texas Instruments 36X Pro (TI 36X Pro), который является моим личным фаворитом для электрических расчетов, поскольку он может легко обрабатывать векторы как в полярной, так и в прямоугольной форме.

Мы будем использовать значение 1 В для величины напряжения между фазой A и нейтралью (VAN) и 1 В для величины напряжения между фазой B и нейтралью (VAB), как мы это делали вручную.

Мы также будем использовать 0 градусов для фазового угла между фазой A и напряжением нейтрали (VAN) и отрицательные 120 градусов для напряжения между фазой B и напряжением нейтрали (VAB):

Обратите внимание, что мы получаем то же значение 1.732 для величины линейного напряжения фазы А (VAB) и 30 градусов для фазового угла линейного напряжения фазы А (VAB).

Обратите внимание, что это идентично величине квадратного корня из трех под углом 30 градусов: 

7. Соединение Delta

Теперь, когда мы понимаем, откуда берется квадратный корень из трех для соединения звездой, как насчет соединения треугольником?

Давайте посмотрим на клеммы вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником, и покажем фазные токи внутри соединения треугольником: 

Рисунок 14: Клеммы вторичной обмотки трансформатора Delta Connected

При использовании амперметра в каждой фазе и опорного угла, равного нулю градусов, для фазного тока в фазе А соединения треугольником (IBA), результирующая векторная диаграмма фазных токов треугольника будет выглядеть следующим образом: 

Рис. 15: Диаграмма вектора тока фазы «треугольник»

Взглянув на схему трансформатора, мы можем рассчитать линейный ток фазы А, выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенной треугольником, используя закон Кирхгофа для тока: 

Рис. 16. Линейный ток фазы А, выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником

Текущий закон Кирхгофа гласит, что сумма токов, входящих в узел, должна равняться сумме токов, выходящих из того же узла.

Глядя на терминал фазы A выше, обратите внимание, что единственный входящий ток — это ток фазы треугольника A (IBA), в то время как ток, выходящий из узла, представляет собой ток фазы треугольника C (IAC) и ток фазы A. линейный ток (IA).

Мы будем использовать закон тока Кирхгофа, чтобы установить их равными друг другу, а затем перестроить, чтобы найти линейный ток фазы A (IA):

Ток линии A (IA), выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником, равен разнице тока фазы треугольника A (IBA) и тока фазы треугольника C (IAC).

Или, если вместо этого мы хотим думать с точки зрения сложения, ток линии A (IA), выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником, равен сумме тока фазы треугольника A (IBA) и отрицательной единицы, умноженной на C -фазный дельта-фазный ток (IAC).

Выглядит знакомо? Это очень похоже на соотношение, с которым мы работали в предыдущем примере напряжения линии А для соединения звездой.

8. Дельта-соединение — умножение вектора на отрицательную единицу

Как и раньше, сначала найдем -ICA, повернув ICA на плюс-минус 180 градусов: 

Рис. 17: Поворот IAC на 180 градусов

Поскольку дельта-фазный ток фазы C (IAC) имеет фазовый угол 120 градусов, фазовый угол для отрицательного IAC будет отрицательным 60 градусов.Помните, что это не влияет на величину.

Поскольку IA = IBA – ICA, давайте покажем только IBA и -ICA на векторной диаграмме: 

Рисунок 18: Векторная диаграмма IBA и -IAC ​​

Как и раньше, мы готовы использовать сложение векторов, складывая каждый вектор поверх другого и рисуя полученный вектор из начала координат.

9. Соединение треугольником – Дополнение Phasor

Так как мы добавляем два вектора, мы выполняем добавление векторов двумя разными способами и по-прежнему получаем одно и то же количество векторов для линейного тока фазы A (IA): 

Рисунок 19: Дополнение IBA и -IAC ​​Phasor

Мы произвольно выберем диаграмму сложения первого вектора выше слева для расчета линейного тока фазы A (IA).

Как и прежде, мы также будем предполагать, что система сбалансирована, что означает, что величина дельта-фазного тока в каждой фазе одинакова. Чтобы упростить дальнейшую математику, мы также будем произвольно использовать значение в один ампер для этих значений (IBA = ICB = IAC = 1A).

Для расчета IA мы будем использовать те же тригонометрические отношения, что и раньше.

Во-первых, мы вычислим действительную (a) и мнимую составляющие (b) -IAC, что является еще одним способом сказать, что мы собираемся вычислить длину двух других сторон треугольника, который -IAC ​​образует с горизонтальная ось:

Рисунок 20: Действительные (a) и мнимые (b) компоненты -IAC ​​

Действительный компонент (a) -IAC ​​равен 0. 5, которое находится с помощью косинуса:

Помните, что когда мы поворачивали IAC, чтобы найти -IAC, величина не менялась. Это означает, что величина -IAC ​​по-прежнему равна одному амперу, поскольку мы произвольно установили величины дельта-фазного тока в каждой фазе равными 1 амперу для упрощения математики (IBA = ICB = IAC = 1A).

Мнимая составляющая (b) -IAC ​​приблизительно равна -0,866, что определяется с помощью синуса:

Мы можем использовать действительную (a) и мнимую составляющую (b) -IAC ​​вместе с величиной IBA = 1 ампер при нуле градусов, чтобы заполнить значения для векторной диаграммы линейного тока фазы A (IA) :

Рис. 21. Векторная диаграмма линейного тока фазы А (IA)

Обратите внимание, что мнимая составляющая линейного тока фазы А (IA) равна мнимой составляющей -IAC ​​(0.866).

Чтобы найти действительную составляющую линейного тока фазы А (IA), мы просто добавим величину IBA (1 ампер) к действительной составляющей -IAC ​​(0,5), поскольку они оба находятся под одним и тем же углом нуля. градусов.

Действительная составляющая линейного тока фазы А (IA) равна 1 + 0,5 = 1,5:

Рис. 22: Действительная и мнимая составляющие линейного тока фазы A (IA)

Теперь мы готовы, наконец, рассчитать как величину, так и фазовый угол линейного тока фазы А (IA), откуда берется квадратный корень из трех.

10. Соединение треугольником – расчет величины линейного напряжения и фазового угла

Сначала мы рассчитаем величину линейного тока фазы A (IA), используя Теорему Пифагора , где C – величина IA, A – действительная составляющая IA (1.5), а B – мнимая составляющая IA. (-0,866):

Величина линейного тока фазы A (IA) составляет 1,732 А.

Далее мы рассчитаем фазовый угол линейного тока фазы A (IA) с помощью тангенса:

Фазовый угол (ɸ) линейного тока фазы А (IA) составляет минус 30 градусов.

Завершенная векторная диаграмма линейного тока фазы A (IA) выглядит следующим образом: 

Рис. 23. Линейный ток фазы А (IA), завершенная векторная диаграмма

Опять же, если вы знакомы с расчетами трехфазной мощности, то число 1,732 также должно быть вам знакомо.

Поскольку мы использовали значение 1 ампер для величины дельта-фазных токов фаз A, B и C (IBA = ICB = IAC = 1A), линейный ток фазы A (IA) точно в 1,732 раза больше, чем дельта-фазный ток фазы А (IBA).

1,732 на самом деле является квадратным корнем из трех:

11. Соединение по схеме «треугольник» — соотношение между линией и фазой

Линейный ток сбалансированной трехфазной системы всегда будет больше, чем дельта-фазный ток, точно на квадратный корень из трех из-за сложения векторов.

В нашем случае мы добавили дельта-фазный ток фазы A (IBA) с отрицательным дельта-фазным током фазы C (-IAC), чтобы найти линейный ток фазы A (IA): 

Рис. 24. Линейный ток фазы А, выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником

Поскольку для дельта-фазного тока фазы A (IBA) мы использовали опорный угол, равный нулю, линейный ток фазы A (IA) отстает от дельта-фазного тока A-фазы (IBA) ровно на 30 градусов.

Это же отношение сложения векторов также является причиной того, что линейный ток системы всегда будет отставать от дельта-фазного тока на 30 градусов для сбалансированной системы с прямой последовательностью (ABC).

Если бы мы завершили весь этот процесс для двух других оставшихся фаз B и C и начертили результирующую векторную диаграмму, то увидели бы, что это применимо к каждой фазе: 

Рис. 25: Текущая векторная диаграмма для всех трех фаз соединения треугольником

Вы заметите, что приведенная выше векторная диаграмма представляет собой текущую векторную диаграмму для треугольного соединения со сбалансированной прямой последовательностью (ABC), с которым вы, скорее всего, уже знакомы.

12. Соединение треугольником – Использование калькулятора

Как и раньше, давайте воспользуемся TI 36X Pro для расчета линейного тока фазы А (IA), выходящего из соединения треугольником, и сравним его со значением, полученным вручную.

Вот то же соединение вторичного трансформатора по схеме треугольника, где линейный ток фазы A (IA) показан как разница между током фазы треугольника A (IBA) и током фазы треугольником C (IAC):

Рис. 26. Линейный ток фазы А, выходящий из вторичной обмотки трансформатора, соединенного треугольником

Мы будем использовать значение 1 А для величины дельта-фазного тока фазы А (IBA) и 1 А для величины дельта-фазного тока фазы С (IAC), как мы это делали вручную.

Мы также будем использовать 0 градусов для фазового угла дельта-фазы (IBA) фазы A и положительные 120 градусов для дельта-фазы тока C (IAC):

Обратите внимание, что мы получаем то же значение 1,732 для величины тока линии A-фазы (IA) и отрицательные 30 градусов для фазового угла тока линии A-фазы (IA).

Обратите внимание, что это идентично величине квадратного корня из трех под углом минус 30 градусов: 

13. Трехфазная полная мощность и квадратный корень из трех

Мы выяснили, откуда берется квадратный корень из трех для соединений по схеме «звезда» и «треугольник», но как насчет квадратного корня из трех в трехфазной формуле кажущейся мощности?

Формула трехфазной полной мощности представляет собой произведение квадратного корня из трех, величины линейного напряжения (VL) и величины линейного тока (IL):

Эти значения представляют собой величин только , поэтому избегайте распространенной ошибки использования векторных величин в этой формуле для расчета как кажущейся мощности, так и угла мощности.

Эта формула чаще всего используется для расчета силы тока при полной нагрузке силового трансформатора путем подстановки трехфазной полной номинальной мощности трансформатора [вольт-ампер] и линейного напряжения первичного соединения для расчета полной первичной нагрузки. ток нагрузки, потребляемый трансформатором, или линейное напряжение вторичного соединения для расчета тока полной вторичной нагрузки, выдаваемого трансформатором:

Рис. 27. Первичный и вторичный номинальный ток

Чтобы увидеть, откуда в этой формуле берется квадратный корень из трех, давайте начнем с демонстрации того, как он выводится из однофазной полной мощности (S1ø).

Для сбалансированной трехфазной системы величина полной мощности в каждой фазе всегда одинакова. Это означает, что трехфазная полная мощность (S3ø) на самом деле всего лишь в три раза больше полной мощности в любой заданной фазе (S1ø) сбалансированной трехфазной системы:

Однофазная полная мощность (S1ø) в любой заданной фазе сбалансированной трехфазной системы является произведением величины фазного напряжения (VP) и величины фазного тока (IP):

Подставим это обратно в формулу трехфазной полной мощности (S3ø):

Давайте воспользуемся этой версией формулы трехфазной кажущейся мощности (S3ø) и посмотрим, как она применима к соединению звездой или треугольником, чтобы выяснить, откуда берется квадратный корень из трех в исходной формуле.

Сначала начнем с соединения звездой.

14. Соединение звездой, трехфазная полная мощность и квадратный корень из трех

Для соединения звездой величина линейного напряжения фазы нейтрали (VP) меньше величины линейного напряжения системы (VL) на коэффициент квадратный корень из трех, как мы обнаружили в первой половине этой статьи. .

Однако величина фазного тока (IP) соединения звездой равна величине линейного тока (IL) системы.

Когда мы подставляем соотношения напряжения и тока фазы по схеме «звезда» в формулу трехфазной полной мощности (S3ø), она выглядит следующим образом:

Мы можем начать упрощение, отделив коэффициенты (3 и 1/√3) от переменных (VL и IL):

Теперь самое сложное. Мы собираемся умножить на квадратный корень из трех на квадратный корень из трех (√3/√3). Поскольку это то же самое, что и умножение на 1, значение формулы не меняется (любое число, умноженное на 1, остается тем же числом, что и раньше):

Теперь два квадратных корня из трех в нижней части каждой дроби при умножении вместе будут равны трем (√3 X √3 = 3):

Наконец, три в верхней части дроби и три в нижней части дроби будут отменены (3/3 = 1):

Результатом является знакомая нам формула трехфазной кажущейся мощности (S3ø), которая включает квадратный корень из трех.

Квадратный корень из трех в этой формуле получен путем подстановки соотношений напряжения и тока фазы по схеме «звезда» в формулу трехфазной полной мощности (S3ø).

Справедливо ли то же самое для соединения треугольником?

15. Соединение треугольником, трехфазная полная мощность и квадратный корень из трех

Для соединения треугольником величина фазного тока (IP) меньше величины линейного тока системы (IL) на коэффициент квадратный корень из трех, как мы обнаружили в первой половине этой статьи.

Однако величина фазного напряжения (VP) соединения треугольником равна величине линейного напряжения (VL) системы.

Когда мы подставляем отношения дельта-фазы тока и фазного напряжения в формулу трехфазной полной мощности (S3ø), она выглядит следующим образом:

Опять же, мы можем начать упрощение, отделив коэффициенты (3 и 1/√3) от переменных (VL и IL):

Давайте снова умножим на квадратный корень из трех из квадратного корня из трех (√3/√3), так как это то же самое, что умножить на 1, а затем продолжим упрощать выражение, используя те же методы, что и раньше:

В результате снова получается та же знакомая нам трехфазная формула полной мощности, которая включает квадратный корень из трех. Квадратный корень из трех в этой формуле получается из-за подстановки соотношения дельта-фазного напряжения и фазного тока в формулу трехфазной полной мощности (S3ø).

Обратите внимание, что квадратный корень из трех в формуле трехфазной полной мощности (S3ø) существует независимо от того, присутствует ли соединение треугольником или звездой, пока мы используем линейные значения системы. Аккуратный!

16. Кто я и где меня найти

Надеюсь, вам понравилось исследовать, откуда берется квадратный корень из трех в большинстве расчетов трехфазной электроэнергии.

Меня зовут Зак Стоун, ЧП. и я являюсь ведущим инструктором популярной онлайн-программы обучения для экзамена NCEES® по электроэнергетике на сайте www.electricalpereview.com. Я создаю все их учебные материалы и провожу их живые занятия каждый семестр.

Зак Стоун, ЧП
Обзор электрического оборудования PE, INC

Вот моя 10-секундная биография:

  • Я инженер с профессиональной лицензией в штате Флорида.
  • В 2010 году я получил диплом инженера-электрика, аккредитованный ABET.
  • Я сдал экзамены FE и PE с первого раза.
  • У меня богатый опыт работы в области промышленной автоматизации, управления двигателями, производства электроэнергии и подстанций среднего напряжения.
  • Мне нравится заниматься математикой в ​​области электротехники и учить других.

Если вы инженер-электрик и планируете когда-нибудь в будущем сдавать экзамен PE, или если вы хотите прочитать больше статей о нюансах математики, лежащих в основе электротехники, вы можете найти меня на www.www.electricpereview.com.

Если вы действительно хотите чему-то научиться, полезно посмотреть, как разные люди описывают тему. Я кратко освещаю эту тему в The Relay Testing Handbook: Principles and Practice/Глава 1, раздел D) Трехфазные соединения [страницы 14 и 15]. Вы можете просмотреть, если хотите сравнить два разных объяснения, чтобы копнуть глубже и по-настоящему понять, откуда берется квадратный корень из трех.

Мы всегда ищем разные точки зрения здесь, в RelayTraining.сеть. Свяжитесь с нами по адресу [email protected], если вы хотите отправить гостевой пост на тему тестирования реле.

Крис Верстюк

Чему равно напряжение, умноженное на силу тока? – Ответы на все

Чему равно напряжение, умноженное на силу тока?

Символ времени. Электрическая энергия, передаваемая каждую секунду, находится путем умножения напряжения на силу тока. Символ мощности , измеряется в ваттах ( символ напряжения , измеряется в вольтах (

Какая связь между напряжением и током?

Связь между напряжением, током и сопротивлением описывается законом Ома.Это уравнение i = v/r говорит нам, что ток i, протекающий по цепи, прямо пропорционален напряжению v и обратно пропорционален сопротивлению r.

Что такое напряжение и ток?

Разница между напряжением и током

Параметры Напряжение Текущий
Символ Напряжение обозначается буквой «В» Ток представлен буквой «I»
Блок Вольт «В» Ампер «А»
Плата за единицу 1 Джоуль / Кулон = 1 Вольт 1 Кулон в секунду = 1 Ампер
Формула В = Вт / Q Напряжение = Работа / Заряд I = Q/t Ток = Зарядка/Время

Является ли напряжение произведением силы тока и сопротивления?

Альтернативные формулировки закона Ома заключаются в том, что ток I в проводнике равен разности потенциалов V на проводнике, деленной на сопротивление проводника, или просто I = V/R, и что разность потенциалов на проводнике равна произведению сила тока в проводнике и его сопротивление, В = IR …

Может у вас есть напряжение и нет тока?

Напряжение пытается создать ток, и ток будет течь, если цепь замкнута. Можно иметь напряжение без тока, но ток не может течь без напряжения.

Что такое напряжение и ток на примере?

Примечание: 1 вольт = 1 джоуль/кулон. Единицей тока в системе СИ является Ампер (А). Примечание: 1 ампер = 1 кулон в секунду. Напряжение обозначается буквой «V»….Статьи по теме:

Электричество Формула электрического тока
Электродвижущая сила Электрический потенциал: система точечной и многократной зарядки
Формула ЭДС Закон Ома

Каким образом мощность является произведением напряжения и силы тока?

Мощность (энергия в единицу времени) на самом деле зависит от обоих.В цепи постоянного тока это произведение напряжения и тока. В цепи переменного тока это произведение напряжения x тока x (коэффициент мощности). Коэффициент мощности часто близок к 1. Что происходит при увеличении тока?

Что является единицей силы тока и мощности?

Единицей мощности является ватт, единицей тока является ампер, а единицей напряжения – вольт. Мощность = напряжение X ток Напряжение = мощность / ток Ток = мощность / напряжение В электричестве мощность обозначается буквой P, ток буквой I, а напряжение буквой V.

Что происходит, когда в цепь подается напряжение?

Когда источник напряжения подключен к цепи, напряжение вызывает равномерный поток носителей заряда через эту цепь, называемый током. В одиночной (одной петле) цепи величина тока в любой точке такая же, как величина тока в любой другой точке.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление?

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома. Он был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Математическое исследование гальванической цепи».Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно двигаться.

Использование резистора

                                                 Использование резистора

 

                         Что делают резисторы и зачем они нужны их?

Резисторы бывают самых разных форм и размеров, но все они имеют только один цель в жизни: ограничить или «сопротивляться» потоку тока.

Светодиоды

являются устройствами постоянного тока и не будут работать должным образом при использовании переменного тока. При питании светодиода, если источник напряжения точно не соответствует светодиодному устройству. напряжения, необходимо использовать «ограничительный» резистор, чтобы обеспечить надлежащее падение напряжения и убедитесь, что на устройство не подается слишком большой ток. Без этого ограничительный резистор, светодиод моментально сгорит.

                                              Ватт, что… вы говорите?

В электричестве измерение выполненной работы или единица мощности (P) называется ватт.Не слишком отвлекаясь, закон Ома гласит: P = V x I или P = I x R То есть мощность равна напряжению, умноженному на ток, или мощности. равняется квадрату тока, умноженному на сопротивление. Эта формула и есть наша калькуляторы используют для расчета значений мощности для тебя.

Для заданного напряжения питания заданное значение сопротивления протекать ток (в нашем случае через светодиод). По мере прохождения тока через резисторе выделяется тепло, а резистор рассеивает его. Если мы уменьшим значение сопротивления или «надавить сильнее», подняв напряжение, больше ток будет течь, и будет генерироваться больше тепла (большая мощность или больше мощности).

Резисторы, работающие на , близкие к их номинальной мощности, сильно нагреваются. В некоторых случаях достаточно горячим, чтобы обжечь пальцы. При установке на пластиковую поверхность, например внутри здания или корпуса локомотива, они могут вызвать расплавление пластик. Определенно, нежелательно. Что касается самого резистора, они предназначены для работы в горячем состоянии и не будут физически повреждены, если они не работать на выше их номинальной мощности. В этом случае контактные площадки на концы резистора могут даже разъединиться, и резистор перестанет работать.

Теперь, если резистор не находится рядом (или против) чего-то, что нагревается чувствителен, как пластик, он просто излучает тепло на открытый воздух (действующий как крошечный электрический нагреватель), или если он установлен на печатной плате (припаяны к контактным площадкам на плате), контактные площадки и плата будут помогают и действуют как радиатор, отсасывая часть избыточного тепла. Размещение резистор против большего куска металла будет действовать как радиатор, но резистор должен быть электрически изолирован от металла, чтобы он не закоротил (что нарушило бы назначение резистора). Тонкий кусок каптоновой ленты может хорошо работать для этой цели, потому что он может выдерживать довольно высокие температуры и является отличным изолятором.

Как мы уже говорили ранее, «резисторы имеют номинальную мощность ». Чтобы рассмотреть это более подробно, давайте воспользуемся одним из наших сверхбелых светодиодов 2×3. (N1021) в качестве примера. Он имеет напряжение устройства 3,6 вольта. Для мощности мы будем использовать наш 9-вольтовый блок питания N3500, который регулирует выходную мощность с точностью до 2 %. и резистор N2740 274 ​​Ом с допуском 1%.Теперь давайте посмотрим на наихудший сценарий:

Блок питания может иметь выходное напряжение 9,18 вольт (на 2% выше 9,0), а резистор может иметь значение 271,3 Ом (99% от 274). Используя эти значения в наш калькулятор тока светодиода, светодиод получит 20,6 мА (это немного больше не будет перегружать светодиод), но резистор должен рассеивать 116 милливатт. Номинальная мощность N2740 составляет 1/8 Вт или 125 мВт. Это значит мы могли бы использовать этот резистор очень близко к его максимальному номиналу.Так и будет работает просто отлично, но это будет ГОРЯЧО! Ой на ощупь, ГОРЯЧИЙ. Если в вашем приложение, это не будет проблемой, резистор, конечно, не будет возражать. Но, если что вы собираетесь строить и как вы собираетесь размещать проводку и резисторы могут быть фактором, проблема нагрева должна быть принята во внимание рассмотрение.

Помимо упомянутого ранее “теплоотвода”, есть еще два способа решить вопрос с теплом. Во-первых, мы можем заменить блок мощностью 1/8 Вт на большая мощность один.Следующий шаг — 1/4 Вт, и мы несем 301-омный версия. Если мы снова воспользуемся калькулятором, в худшем случае Резистор на 301 Ом (допуск 1%) может иметь значение 298 Ом. Это было уменьшите ток светодиода до 18,8 миллиампер, что уменьшит яркость настолько небольшая разница не будет обнаружена. С другой стороны, расчетная мощность составит 105 мВт через 250 мВт. резистор. Резистор по-прежнему будет «немного» горячим на ощупь (потому что он делают то же, что и резисторы), но значительно меньше, чем в нашем предыдущем примере.

Если свободное пространство является реальной проблемой, и вы не так озабочены получением максимального выходная яркость светодиода для конкретного применения, вторая Альтернативой является увеличение значения сопротивления. Это уменьшит ток поток и, следовательно, уменьшить мощность и выделяемое тепло. Например, использование резистора NA5100, 510 Ом, 1/8 Вт позволит получить ток около 11 миллиампер. ток, и светодиод будет иметь относительную яркость около 55% (все еще очень яркий по меркам ламп накаливания).Это только нарисовало бы 61 милливатт мощности, а резистор будет практически холодным на ощупь.

В таблицах ниже приведены рассчитанные значения сопротивления и мощности для наших светодиодов в одиночные (параллельные) приложения и последовательные приложения для 9-вольтовых, 12-вольтовые и 18-вольтовые источники питания. Цифры , показанные на * столбцов соответствуют Номер позиции для резисторов, показанных в таблице ниже, чтобы обеспечить приблизительный номинальный ток 20 мА для светодиодов.Это даст «стандартный» выход яркости (интенсивности) для каждого типа светодиодов. Помните, чем ближе показанные значения мощности относятся к номинальной мощности резистора, горячее резистор будет работать. Если вы хотите настроить яркость светодиодов для определенных приложений, или для балансировки интенсивности между различными светодиодами, или для уменьшения ток для конкретных потребностей в мощности, вы должны использовать наши калькуляторы для расчета ваши индивидуальные требования к сопротивлению, мощности и интенсивности светодиодов.

* предполагает, что светодиоды одного типа и подключены последовательно

 

 

                                            Ассортимент резисторов

Мы создали три набора резисторов для любителей, которые планируете различные проекты или хотите поэкспериментировать с вариациями светодиодов интенсивность выхода. Каждая упаковка представляет собой набор резисторов разного номинала. выбрана как наилучшая общая группа для наших светодиодов при использовании с определенным напряжение питания. NX9V предназначен для использования с 9-вольтовым источником питания постоянного тока. NX12V с источником 12 В и NX18V с источником 18 В. Ниже приведен подробный список для каждого пакета.

 

    

2013 Ngineering

2.1: Закон Ома – как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий свободным электронам непрерывно двигаться.Это непрерывное движение свободных электронов через проводники цепи называется током , и его часто называют «потоком», точно так же, как течение жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая электроны «течь» по цепи, называется напряжением . Напряжение — это особая мера потенциальной энергии, которая всегда является относительной между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение того, сколько потенциальной энергии существует для перемещения электронов из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку.Без ссылки на двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет смысла.

Свободные электроны имеют тенденцию двигаться по проводникам с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее назвать сопротивлением . Величина тока в цепи зависит от величины напряжения, доступного для возбуждения электронов, а также величины сопротивления в цепи, препятствующего потоку электронов. Как и напряжение, сопротивление является величиной относительной между двумя точками.По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как находящиеся «между» или «поперек» двух точек цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, мы должны уметь описывать их величины таким же образом, как мы могли бы количественно определять массу, температуру, объем, длину или любую другую физическую величину. Для массы мы могли бы использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы могли бы использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия.Вот стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

.

«Символ», указанный для каждой величины, представляет собой стандартную букву алфавита, используемую для представления этой величины в алгебраическом уравнении. Подобные стандартные буквы распространены в физических и инженерных дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единиц измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ, используемый в качестве сокращенного обозначения для конкретной единицы измерения.И да, этот странно выглядящий символ «подкова» — это заглавная греческая буква Ω, просто символ в иностранном алфавите (извиняюсь перед всеми греческими читателями).

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта и ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение.«R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя, тогда как «I» для тока кажется немного странным. Считается, что «I» означает «интенсивность» (потока электронов), а другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущая сила». Судя по тому исследованию, которое мне удалось провести, есть некоторые разногласия по поводу значения «я». Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» резервируется для обозначения напряжения на источнике (например, аккумуляторе или генераторе), а «V» — для обозначения напряжения на чем-либо еще.

Все эти символы обозначаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (называемого «мгновенным» значением). Например, напряжение батареи, стабильное в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «Е», а пик напряжения удара молнии в тот момент, когда она попадает в линию электропередач, скорее всего, будет быть обозначено строчной буквой «e» (или строчной «v»), чтобы обозначить это значение как значение в один момент времени. Это же соглашение о строчных буквах верно и для текущего: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений постоянного тока (DC), будучи стабильными во времени, будут обозначены заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одной из основных единиц электрических измерений, которую часто изучают в начале курсов по электронике, но редко используют впоследствии, является единица измерения кулонов , которая является мерой электрического заряда, пропорциональной количеству электронов в несбалансированном состоянии.Один кулон заряда равен 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается заглавной буквой «C». Так получилось, что единица потока электронов, ампер, равна 1 кулону электронов, проходящих через данную точку цепи за 1 секунду времени. В этих терминах ток — это 90 800 скорость движения электрического заряда 90 801 через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение является мерой потенциальной энергии на единицу заряда , доступной для перемещения электронов из одной точки в другую.Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей энергии любого вида является 90 800 джоулей 90 801, что равно количеству работы, выполняемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В британских подразделениях это чуть меньше 3/4 фунта силы, прилагаемой на расстоянии 1 фута. Проще говоря, требуется около 1 джоуля энергии, чтобы поднять груз массой 3/4 фунта на 1 фут от земли или перетащить что-либо на расстояние 1 фут, используя параллельную тяговую силу 3/4 фунта.В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю потенциальной электрической энергии на 1 кулон заряда (деленный на). Таким образом, 9-вольтовая батарея высвобождает 9 джоулей энергии на каждый кулон электронов, перемещаемых по цепи.

Эти единицы и символы для электрических величин станут очень важными для понимания, когда мы начнем исследовать взаимосвязь между ними в цепях.

Уравнение закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что количество электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально приложенному к нему напряжению при любой заданной температуре.Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением:

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно силе тока (I), умноженной на сопротивление (R). Используя методы алгебры, мы можем преобразовать это уравнение в два варианта, решив для I и для R соответственно:

Анализ простых цепей с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти уравнения могут помочь нам анализировать простые схемы:

В приведенной выше схеме имеется только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применять закон Ома. Если нам известны значения любых двух из трех величин (напряжение, ток и сопротивление) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи при заданных значениях напряжения (E) и сопротивления (R):

Какова сила тока (I) в этой цепи?

В этом втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Каково сопротивление (R) лампы?

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, выдаваемого батареей, при заданных значениях тока (I) и сопротивления (R):

Какое напряжение обеспечивает батарея?

Закон Ома — очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей.Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что серьезный студент должен запомнить его. Для тех, кто еще не освоился с алгеброй, есть хитрость, позволяющая запомнить, как решать любую одну величину, зная две другие. Сначала расположите буквы E, I и R в таком треугольнике:

.

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто уберите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Если вы знаете E и R и хотите определить I, исключите I и посмотрите, что осталось:

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, исключите E и посмотрите, что осталось:

В конце концов, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, вам придется познакомиться с алгеброй, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений.Если вы хорошо разбираетесь в алгебре, все, что вам нужно сделать, это запомнить E=IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Обзор

  • Напряжение измеряется в вольт , обозначается буквами «E» или «V».
  • Ток измеряется в амперах , обозначается буквой «I» или «Ω».
  • Сопротивление измеряется в Ом , обозначается буквой «R» или «А».
  • Закон Ома: E = IR ; я = Э/Р; Р = Э/И

Объяснение потребляемой мощности

Говорить о энергопотреблении может быть все равно, что столкнуться с минным полем заблуждений, предубеждений и маркетинговых модных словечек.Определить, что все утверждения означают на самом деле, не всегда простая задача.

Потребляемая мощность, измеряемая в ваттах (обычно в милливаттах, мВт), является правильным термином для приложений с низким энергопотреблением, но слишком часто вместо него используется потребляемая мощность, измеряемая в амперах (обычно миллиамперах, мА). Поскольку мощность — это просто рабочее напряжение, умноженное на ток, это тривиально для операций с фиксированным напряжением, но его становится сложнее оценить при использовании аккумуляторов, которые разряжаются, а напряжение меняется с течением времени и в зависимости от условий нагрузки.

  Посетите нашу страницу ресурсов по беспроводному подключению

Энергопотребление часто не имеет значения

Обычно потребление энергии, измеряемое в джоулях (обычно в микроджоулях, мкДж), определяет, сколько энергии фактически расходуется из батареи для выполнения конкретной задачи. Энергопотребление будет интегралом от потребляемой мощности за время, необходимое для выполнения операции. Опять же, со статическими сигналами это будет простое умножение потребляемой мощности и времени, но с переменными сигналами это потребует более сложного анализа.

Потребляемая мощность наиболее актуальна при использовании источника питания с ограничением по току, например литий-ионной батарейки типа «таблетка». Популярные в небольших гаджетах с датчиками и интеллектуальных устройствах, эти батареи могут обеспечивать пиковый ток всего в несколько мА без повреждения. Пытаясь нарисовать более высокий пик, вы рискуете навсегда уменьшить емкость батареи, что также может повлиять на выходное напряжение. Пиковое энергопотребление не будет проблемой для приложений, где ток достаточен для поддержки пика.

Подробнее: Значение среднего энергопотребления для срока службы батареи

Дьявол кроется в деталях

В технических описаниях продуктов

обычно указывается энергопотребление для различных модулей и условия работы MCU (блока микроконтроллера). Цифры легко измерить, и они документировались таким образом на протяжении десятилетий. Но только в последнее время мы начинаем видеть цифры энергопотребления устройств.

Частично проблема заключается в том, что измерить уровни статического тока или пикового тока несложно.Все стандартное квалификационное оборудование поддерживает это, и в прежние дни это приносило больше пользы. Также легко понять, что для работы процессора, последовательной шины или другого аппаратного модуля, такого как радио, вам нужно добавить определенное количество мА к вашему общему количеству.

Вам не нужно путешествовать далеко в прошлое, чтобы найти устройства, разработанные таким образом, чтобы такого рода информация позволяла получить разумную оценку энергопотребления для данного сценария. Вы можете оценить потребление энергии для поддержания ЦП в бодрствующем состоянии в течение заданного времени или потребление энергии для отправки или получения данных через UART или с использованием радио.

В современных микроконтроллерах количество одновременно доступных функций очень быстро увеличивается до ошеломляющего количества, поэтому невозможно охватить все эти комбинации в таблице данных. Это делает все более и более важным иметь возможность легко измерить эти сценарии.

Более низкое энергопотребление с цифровыми вентилями

Цифровые затворы стали дешевле из-за того, что с каждым годом вводятся сокращающиеся геометрические параметры процесса, что приводит к появлению более сложных энергосберегающих конструкций.Например, способ, которым в прошлом проектировались большинство микроконтроллеров с распределением тактовой частоты по всему устройству, теперь заменен решениями с более точным стробированием тактовой частоты.

Это очень помогает снизить энергопотребление, но затрудняет документирование энергопотребления таким образом, чтобы можно было оценить энергопотребление. Поскольку энергопотребление устройства становится все более динамичным, оно будет меняться в зависимости от того, что активно в любой момент времени. Устройства с более агрессивным дизайном по энергоэффективности будут иметь более динамичное энергопотребление.

Реальный пример

Внутри семейства микросхем Nordic Semiconductor nRF52 и nRF53 функциональные блоки, такие как регуляторы, генераторы и цифровая логика, запускаются и останавливаются в фоновом режиме по мере необходимости. Потребляемая мощность постоянно меняется, поэтому нет «статического» показателя для измерения.

При использовании ведущего устройства TWI потребление энергии может варьироваться от одноразрядных мкА между передачей данных до нескольких сотен мкА при передаче данных. Если мастер должен ждать, пока данные будут готовы от внешнего блока, энергопотребление перейдет на другой уровень, и части TWI отключатся, пока он находится в режиме ожидания.

Сложность прогнозирования энергопотребления возрастает, но в то же время значительно повышается энергоэффективность.

Одним из способов оценки энергопотребления этих систем является создание небольших программ для тестирования, а затем их профилирование с помощью подходящих инструментов для создания модели, соответствующей вашим требованиям. Nordic Semiconductor Online Power Profiler использует данные, собранные в результате реальных измерений для работы радио, а затем извлекает из них данные для оценки энергопотребления.

Вот пример показаний такого измерения nRF52832 (щелкните, чтобы увеличить)

 

В следующем посте я более подробно рассмотрю, как оптимизировать энергоэффективность в умных устройствах.

 

Эта статья была впервые опубликована в октябре 2017 г.

 

 

Объяснение действующих значений напряжения и тока

Переменный ток

Электричество и магнетизм

Объяснение среднеквадратичного значения напряжения и тока

Учебное руководство для 14-16

Существует много способов объяснить среднеквадратичное (среднеквадратичное) напряжение и ток на разных уровнях сложности для учащихся продвинутого уровня.

  • На самом простом уровне скажем, что вы измеряете ток (или разность потенциалов) через небольшие промежутки времени. Возведите в квадрат каждое значение, сложите квадраты (все они положительные) и разделите на количество выборок, чтобы найти средний квадрат или средний квадрат. Затем извлеките из него квадратный корень. Это среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение).
  • Например, предположим, что есть 8 временных интервалов, как показано на диаграмме выше:

    -7

    Значения 7 10 7 0 -7 -104
    Квадраты 49 100 49 0 49 100

    4 60
    49
    Сумма квадратов = 396 Среднее число квадратов = 396/8 = почти 50 Квадратный корень ~ 7 При большем количестве интервалов среднеквадратичное значение оказывается равным (пиковое значение) √ 2  = пиковое значение 1. 41 = 0,707 пиковое значение
  • Для тех, кто знаком с графиками функций синуса и косинуса, можно попробовать следующий алгебраический метод.
      • I = I 0 SINΩ T и I 2 = I 0 2 SIN 2 Ω T
      • Эффект нагрева зависит от I  2 R , поэтому требуется среднее значение I  2 , а не среднее значение I .
      • Чтобы найти среднеквадратичное значение, вам нужно среднее значение sin 2 с течением времени.
      • График sinω t и график cosω t выглядят одинаково, за исключением смещения начала координат. Так как это один и тот же шаблон, sin 2 ω t и cos 2 ω t имеют одно и то же среднее значение с течением времени.
      • Но sin 2 ω t + cos 2 ω t = 1. Следовательно, среднее значение любого из них должно быть 1/2.
      • Следовательно, среднеквадратичное значение I 0 sinω t должно быть I 0 √ 2 
      • Среднеквадратичное значение в 0,707 раз больше пикового значения, а пиковое значение в 1,41 раза больше значения, которое показывает вольтметр. Пиковое значение для сети 230 В составляет 325 В.
    • В качестве альтернативы: Постройте график sin 2 θ. Разрежьте график пополам и переверните одну половину вверх ногами или скопируйте на прозрачную пленку и соедините вместе. Две половины точно совпадают, показывая, что среднее значение равно 1/2.
    • Обратите внимание, что при использовании несглаженного выпрямленного переменного тока от простого источника питания оценка мощности, полученная путем умножения показаний вольтметра постоянного тока с подвижной катушкой и амперметра с подвижной катушкой, вероятно, будет почти на 20% ниже. Это связано с тем, что каждый расходомер с подвижной катушкой измеряет простое среднее время пиков полупериода, а не среднеквадратичное значение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.