Как посчитать напряжение: Закон Ома онлайн — формулы и калькулятор

Формула напряжения электрического поля в физике

Содержание:

• Определение и формула напряжения электрического поля
• Единицы измерения напряжения электрического поля
• Примеры решения задач

Определение и формула напряжения электрического поля

Определение

Скалярную физическую величину, численно равную работе, которую совершает электростатические и сторонние силы, перемещая единичный положительный заряд, называют напряжением (падением напряжения) на участке цепи. Напряжение обозначают буквой U. Математическая формулировка определения напряжения имеет вид:

$$U=\frac{A}{q}(1)$$

где A — работа, которую совершает сила над зарядом qна некотором участке цепи.

Пусть пробный заряд (q>0) перемещается в однородном электрическом поле под воздействием сил рассматриваемого поля из точки 1 в точку 2 на расстояние d (рис.1) в направлении поля.

Работа, которую совершают силы поля за счет его потенциальной энергии, равна:

$$A=\overline{F d}=F d=E q d(2)$$

где E – напряженность электрического поля. Из определения напряжения электрического поля и выражения (2) получаем, что формулой для расчета напряжения однородного поля можно считать:

$$U=E d(3)$$

При перемещении положительного заряда из точки (1), имеющей потенциал $\varphi_{1}$ в точку (2) c потенциалом $\varphi_{2}$ напряжение между этими двумя точками поля равноразности потенциалов этих точек:

$$U=\varphi_{1}-\varphi_{2}(4)$$

В электростатическом поле напряжение между двумя точками не зависит от формы пути, который соединяет данные точки. В электростатическом поле напряжение вдоль замкнутого контура всегда равно нулю. Поэтому для электростатического поля имеется возможность ввода разности потенциалов, которая однозначно определена действующим полем и служит характеристикой поля.

Зная напряженность поля в каждой точке можно вычислитьразность напряжение между двумя любыми точками:

$$U=\int_{1}^{2} E_{s} d s(5)$$

E_s – проекция вектора напряженности поля на направление ds, ds – элемент перемещения заряда. {-3}(B)$$

Ответ. $U = 0,12 B$

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Пример

Задание. Бесконечно длинная, прямая нить заряжена равномерно с линейной плотностью т. Каково напряжение поля между двумя точками, если одна точка в два раза дальше от нити, чем первая?

Решение. Напряженность поля, которое создает бесконечно длинная, прямая нить, равномерно заряженная по длине, находится при помощи теоремы Гаусса:

$$\int \bar{E} d \bar{S}=\frac{\tau h}{\varepsilon_{0}} \rightarrow E 2 \pi r h=\frac{\tau h}{\varepsilon_{0}} \rightarrow E=\frac{\tau}{2 \pi r \varepsilon_{0}}$$

поле нити имеет цилиндрическую симметрию (рис.2).

Основой для нахождения напряжения будет формула:

$$U=\int_{r_{1}}^{r_{2}} \frac{\tau}{2 \pi r \varepsilon_{0}} d r=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln \left(\frac{r_{2}}{r_{1}}\right)=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln ?|2|$$

Ответ. $U=\frac{\tau}{2 \pi \varepsilon_{0}} \ln ?|2|$

Читать дальше: Формула работы.

Как рассчитать силу тока, потребляемую бытовым прибором?

Главная » Познавательное

Познавательное

Автор Савельев Николай На чтение 3 мин Просмотров 1.5к. Опубликовано 16.12.2020 Обновлено 16.12.2020

Если вам необходимо узнать силу тока, которую потребляет прибор, то вы можете воспользоваться одной из двух формул для расчета силы тока. Одна формула позволяет рассчитать силу тока, используя мощность и напряжение, а вторая используя сопротивление и напряжения.

Расчет через мощность

Чтобы рассчитать потребляемую силу тока, нужно разделить мощность (P) данного электрического устройства на напряжение (U), поступающее от источника питания. Сила тока (I), протекающего по проводнику, измеряется в амперах (А).  Эквивалентом напряжения в источнике питания является вольт (В). Наконец, мощность, производимая электричеством, измеряется в ваттах (Вт). Все эти измерения взаимосвязаны при расчете потребления электроэнергии.

Первым делом нужно выяснить мощность устройства. Любое устройство, потребляющее электрическую энергию, называется нагрузкой. Примерами нагрузок являются лампочка, электроплита, холодильник, кондиционер или любое другое устройство. Мощность в ваттах часто печатается на шильдике самого устройства, если на шильдике такой информации нет, то посмотрите в техническом паспорте или инструкции, которые обычно идут в комплекте. На худой конец, вы можете найти информацию в интернете, зная производителя и модель устройства.

Шильдик с комбоусилителя моей гитары. Источник: Собственное фото

Напряжение нам известно, обычно оно в пределах 220 — 230 В. Если ваш прибор питается от аккумулятора, то напряжение можно посмотреть на его корпусе. Батареи типа «крона» имеют напряжение 9 вольт, а небольшие батарейки типов C, AA или AAA, работают от 1 до 3 вольт, в зависимости от размера и состава.

I=P/U

Формула расчета силы тока через мощность и напряжение

На примере комбоусилителя для моей электрогитары мы можем рассчитать потребляемую им силу тока следующим образом: 28 Вт / 230 В = 0,12 А.

Почему в российской розетке не 220, а 230 Вольт? Решил разобраться

Расчет через сопротивление

Электричество, протекающее по проводам, можно сравнить с водой, протекающей по руслу реки. Чем шире русло, тем меньше сопротивление и тем большее количество протекает по руслу за единицу времени. Протекание тока в проводнике ограничено сопротивлением тока, которое, в свою очередь, измеряется в Омах.

Источник: pixabay

Для расчета силы тока через сопротивление, мы можем использовать закон Ома. Сопротивление приборов зачастую также указано на шильдике устройства. Сопротивление же проводов, соединяющих розетку и прибор можно не учитывать и считать его бесконечно малым.

I = UR

Закон Ома

Закон Ома гласит, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление, поэтому, если вы разделите напряжение вашего источника питания на сопротивление нагрузки, вы найдете силу тока в амперах. Например, если мы подключим стиральную машину с сопротивлением 40 Ом к розетке 220 В, то выясним, что машинка потребляет ток, равный 5,5 А.

Остались вопросы? Пишите в комментариях, разберемся вместе!

Оцените автора

Как рассчитать падение напряжения

Понимание расчета падения напряжения

Итак, мы уже рассмотрели питание вашей сети NMEA 2000, теперь нам нужно понять основы напряжения в сети и то, как следует учитывать ввод источника питания. В этой статье мы рассмотрим расчеты падения напряжения, что объясняет, почему основы предыдущей статьи так важны.

Падение напряжения — это, по сути, величина напряжения, которое потребляется устройствами в магистральной сети между каждым устройством и концом сети. Падение напряжения в сети ограничивается доступным напряжением, типом используемого источника питания и потерями при распределении.

Нам нужны расчеты падения напряжения, чтобы убедиться, что все устройства получают достаточную мощность.

При расчете падения напряжения следует помнить, что не всегда «последнее» устройство в сети будет иметь наибольшее падение напряжения, скорее это устройство, которое находится дальше всего от точки подключения питания. (Здесь важна длина кабеля).

Как правило, существует 2 типа сетевых мест питания;

 –         Конечное питание, при котором источник питания идет только в одну сторону и обычно находится в самом конце левой/правой стороны магистрали.

Рис. 1. Сеть с конечным питанием, документация NMEA

—         Среднее питание, при котором источник питания питает как левую, так и правую стороны магистрали независимо друг от друга и расположен недалеко от центра сети.

Рис. 2. Сеть со средним питанием —

Однако в больших сетях может потребоваться несколько изолированных источников питания на магистрали, чтобы обеспечить достаточное питание каждого устройства. Установка нескольких расходных материалов должна выполняться с осторожностью, и всегда рекомендуется, чтобы сертифицированный установщик NMEA выполнял установку любого устройства или источника питания в вашей сети.

Если требуется более одного источника питания, необходимо указать направление питания. Например, если у вас в сети есть 1 источник питания со средним питанием, и вам нужно больше энергии дальше по сети с правой стороны, тогда второй тройник питания следует подключать только к правой стороне.

Несколько изолированных источников питания ДОЛЖНЫ быть одной марки и модели. в зависимости от типа питания.

Это поясняется в следующей таблице из NMEA:

 

Рис. 4. Бюджет потерь Документация NMEA

Калькулятор падения напряжения NMEA:

Расчеты падения напряжения выполняются с использованием закона Ома, где;

E = I * R

E = Падение напряжения

I = Общая длина сети (NL)

R = Длина магистрали (BL)

VD = 0,1 * NL * BL * Сопротивление кабеля

Сопротивление кабеля варьируется в зависимости от того, какой кабель используется, Lite, Mid или Heavy Cable;

Lite = 0,057 Ω/метр

Mid = 0,015 Ω/метр

Heavy = 0,012 Ω/метр

В этом примере сети Lite Cable;

NL = 10

BL = 12,5

Сопротивление кабеля = 0,057

VD = 0,1 * NL * BL * Сопротивление кабеля

ВД = 0,1 * 10 * 12,5 * 0,057 = 0,71 В

Важное напоминание: * 0,057 = 0,71 В

. Если у вас магистраль со средним питанием, то расчеты левой и правой стороны необходимо выполнять отдельно.

Дополнительные расчеты

В некоторых установках используются расчеты сегментного падения напряжения, особенно если падение напряжения превышает допустимые пределы. Обычно это происходит, когда падение превышает 1,17 В от батареи и 3,61 В при использовании источника питания 13,8 В постоянного тока в сети.

Расчеты напряжения сегмента выполняются путем индивидуальной обработки каждой части магистрали и расчета падения напряжения на каждом сегменте/кабеле ответвления и устройстве, подключенном к шине в этом месте. Это делается по ряду причин, но общие причины таковы:

Первоначально оцененное падение напряжения из обычных расчетов очень близко к пределу, поэтому для обеспечения правильной работы сети требуются подробные расчеты.

–         Если результат первоначальной оценки не ясен, необходимы подробные расчеты.

 –         Если при установке требуется большая гибкость или если устройства необходимо перемещать, пока уровни напряжения в сети не станут подходящими.

9Поделиться этой статьей есть и как рассчитать. Правильный расчет падения напряжения в вашей системе поможет вам обезопасить себя и убедиться, что вся ваша электроника работает правильно. Давайте посмотрим поближе!

Содержание

• Что такое падение напряжения?
• Как рассчитать падение напряжения
  • Закон Ома
• Что происходит при падении напряжения?
• Какое допустимое падение напряжения?
• Как исправить падение напряжения?
• Как выбрать размер провода для борьбы с падением напряжения
• Почему в вашей системе важно правильное сечение провода

Что такое падение напряжения?

Несмотря на то, что медные провода являются фантастическими проводниками, они все же имеют небольшое сопротивление. Закон Ома гласит, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление (V = I*R). Поэтому небольшое количество напряжения теряется в проводах, когда ток протекает через вашу электрическую систему. Это известно как падение напряжения.

Более сильный ток или провод с более высоким сопротивлением приведут к более высокому падению напряжения.

Как рассчитать падение напряжения

Рассчитать точное падение напряжения в электрической системе очень сложно. Это зависит от сопротивления провода, которое изменяется в зависимости от температуры, длины провода и типа тока (переменный или постоянный), протекающего через систему, и типа нагрузки (индуктивная или резистивная). Однако получить точную оценку довольно просто, и этого достаточно почти во всех приложениях.

Одним из самых простых способов расчета падения напряжения является использование онлайн-калькулятора падения напряжения. Эти калькуляторы позволяют вводить тип материала провода, размер провода, тип тока, длину провода и ток нагрузки. После того, как вы введете всю свою информацию, вам сообщат, сколько напряжения вы потеряете.

Закон Ома

Однако, если вам нравится делать что-то сложным или у вас нет под рукой компьютера, вы можете самостоятельно рассчитать падение напряжения и рассчитать близкое приближение. Для этого вы будете использовать закон Ома.

Напряжение = Ток x Сопротивление

Ток в системе будет зависеть от того, какую нагрузку (или нагрузки) вы подключили. Вам нужно будет сложить все токи нагрузки, чтобы получить общий ток системы в амперах.

Сопротивление — это сопротивление провода. Сопротивление провода зависит главным образом от диаметра и длины провода. Опять же, это также немного зависит от температуры проволоки, но для большинства применений нет необходимости в такой точности. Большинство таблиц American Wire Gauge (AWG) показывают сопротивление в омах на фут или в омах на метр.

Зная силу тока, тип и длину провода, можно рассчитать падение напряжения. Давайте рассмотрим простой пример:

Предположим, у нас есть 24-вольтовая аккумуляторная система с подключенной нагрузкой в ​​два ампера, и мы используем провод калибра 14 длиной 50 футов. Из приведенной выше диаграммы AWG сопротивление медного провода калибра 14 составляет 2,5 Ом на 1000 футов или 0,0025 Ом на фут. Следовательно, 50 футов провода 14 калибра имеют сопротивление 0,125 Ом (50 x 0,0025 = 0,125). Теперь умножьте два ампера на 0,125 Ом, чтобы получить падение напряжения около 0,25 вольт. Это означает, что напряжение на нагрузке будет примерно на 0,25 вольт ниже, чем напряжение на источнике.

Что происходит при падении напряжения?

Когда напряжение в вашей электрической системе падает, вы теряете энергию в виде тепла в проводке. В результате ваши провода нагреваются, а напряжение на ваших устройствах ниже, чем напряжение на источнике. Ни то, ни другое не является серьезной проблемой, если вы можете свести падение к минимуму.

Большинство электронных устройств могут работать в небольшом диапазоне от их номинального напряжения. Например, инвертору на 24 вольта не обязательно нужно ровно 24 вольта. Однако чрезмерное падение напряжения приведет к тому, что ваши устройства перестанут работать или работать со сбоями, и даже могут привести к повреждению. Инвертор, скорее всего, преждевременно выключится под нагрузкой, если это произойдет, даже если батареи не разряжены.

Поскольку потери напряжения в проводах рассеиваются в виде тепла, чрезмерное падение напряжения также является проблемой безопасности. Если ваши провода станут слишком горячими, изоляция может расплавиться и вызвать пожар. Для обеспечения безопасности вашей системы очень важно минимизировать падение напряжения до приемлемого уровня.

Какое допустимое падение напряжения?

Допустимое падение напряжения в системе зависит от устройств в этой системе. Некоторая электроника имеет широкий диапазон рабочих напряжений и очень щадящая. Другие нет. Обратитесь к руководствам по эксплуатации вашей электроники, чтобы определить ваши конкретные требования к напряжению.

Самая большая проблема заключается не в том, что ваши устройства могут не работать, а в безопасности вашей системы и предотвращении пожара. Небольшое падение напряжения не должно быть причиной пожара. Фактически, Национальный электрический кодекс (NEC) рекомендует, чтобы падение напряжения на вашем самом дальнем устройстве составляло менее 5% от источника. Это отличное руководство для работы, которое поможет обеспечить безопасность вашей схемы и правильную функциональность вашей системы.

Как исправить падение напряжения?

Если мы вернемся к тому, как мы рассчитываем падение напряжения, мы увидим несколько способов его уменьшить. Во-первых, уменьшить ток нагрузки в системе. Это, вероятно, не является хорошим долгосрочным решением, но может быть быстрым решением, если у вас нет возможности перемонтировать свою систему. Например, если все работает, и вы подключаете новое устройство, а что-то перестает работать или начинает работать со сбоями, возможно, проблема в падении напряжения. Отключение чего-либо уменьшит падение.

Если вышеописанный сценарий происходит часто, возможно, пришло время искать более постоянное решение. Другим вариантом снижения падения напряжения является уменьшение сопротивления проводки. Есть два способа сделать это: уменьшить длину проволоки или использовать более толстую проволоку. Скорее всего, уменьшение длины не будет вариантом, поэтому оптимальным вариантом будет определение размера вашей проводки.

Как выбрать размер провода для борьбы с падением напряжения

Выбор правильного размера провода имеет решающее значение для борьбы с падением напряжения в вашей системе. Использование таких ресурсов, как калькулятор падения напряжения и схемы проводов AWG, позволит вам принимать разумные решения о том, какой размер провода выбрать. Мы рекомендуем выбрать размер проводки на один или два размера, если вы точно не уверены в своей нагрузке или длине. Всегда лучше иметь немного большую проводку, чем маленькую.

Хороший калькулятор падения напряжения поможет вам определить, какая величина необходима для минимизации падения.

Почему в вашей системе важны правильные сечения проводов

Падение напряжения — это не то, о чем вы думаете каждый день, но это важно понимать, если вы проектируете электрическую систему. Выбор правильного размера и длины провода для вашего приложения имеет важное значение для его оптимальной функциональности и безопасности.

→ Рекомендуемая литература: Какой размер кабеля аккумулятора мне следует использовать?

Обязательно проведите исследование, и если у вас есть какие-либо вопросы или проблемы, обратитесь к экспертам из Battle Born.