Как рассчитать напряжение: формулы, примеры, методы измерения

Как определить напряжение в электрической цепи. Какие формулы использовать для расчета напряжения. Как правильно измерить напряжение вольтметром. Какие основные способы расчета напряжения существуют.

Что такое электрическое напряжение и как его измерить

Электрическое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Оно измеряется в вольтах (В) и обозначается буквой U. Напряжение показывает работу, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Для измерения напряжения используется специальный прибор — вольтметр. Он подключается параллельно участку цепи, на котором нужно измерить напряжение. При этом важно соблюдать полярность подключения вольтметра:

• Красный щуп подключается к точке с более высоким потенциалом
• Черный щуп — к точке с более низким потенциалом

Современные цифровые мультиметры позволяют легко измерить напряжение как постоянного, так и переменного тока. Для этого нужно выбрать соответствующий режим измерения и диапазон.

Основные формулы для расчета напряжения

Существует несколько базовых формул, позволяющих рассчитать напряжение:

1. Закон Ома

U = I * R, где:

• U — напряжение (В)
• I — сила тока (А)
• R — сопротивление участка цепи (Ом)

2. Формула мощности

U = P / I, где:

• U — напряжение (В)
• P — мощность (Вт)
• I — сила тока (А)

3. Формула работы электрического тока

U = A / q, где:

• U — напряжение (В)
• A — работа электрического тока (Дж)
• q — электрический заряд (Кл)

Используя эти формулы, можно рассчитать напряжение, зная другие параметры электрической цепи.

Способы расчета напряжения в различных электрических цепях

Методы расчета напряжения зависят от типа и сложности электрической цепи:

Последовательное соединение

При последовательном соединении элементов общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках:

U = U1 + U2 + U3 + …

Параллельное соединение

При параллельном соединении напряжение на всех элементах одинаково и равно общему напряжению:

U = U1 = U2 = U3 = …

Смешанное соединение

В смешанных цепях применяют комбинацию методов для последовательных и параллельных участков. Цепь разбивают на простые участки, рассчитывают напряжения на них, а затем определяют общее напряжение.

Расчет напряжения через мощность и силу тока

Часто бывает удобно рассчитать напряжение, зная мощность электроприбора и силу протекающего через него тока. Для этого используется формула:

U = P / I

Пример расчета: Электрочайник потребляет мощность 2000 Вт при силе тока 9,1 А. Определим напряжение в сети:

U = 2000 Вт / 9,1 А ≈ 220 В

Этот метод особенно полезен при работе с бытовыми электроприборами, когда их мощность известна, а напряжение сети нужно проверить.

Определение напряжения с помощью закона Ома

Закон Ома — один из фундаментальных законов электротехники, связывающий напряжение, силу тока и сопротивление. Он позволяет рассчитать напряжение по формуле:

U = I * R

Пример расчета: Через резистор с сопротивлением 100 Ом протекает ток 0,5 А. Найдем напряжение на резисторе:

U = 0,5 А * 100 Ом = 50 В

Этот метод широко применяется в электротехнике для анализа и расчета электрических цепей.

Расчет напряжения в цепях постоянного и переменного тока

Методы расчета напряжения различаются для цепей постоянного и переменного тока:

Постоянный ток

В цепях постоянного тока напряжение не меняется во времени. Для расчета используются базовые формулы, описанные выше.

Переменный ток

В цепях переменного тока напряжение меняется по синусоидальному закону. Здесь различают:

• Амплитудное значение — максимальное значение напряжения
• Действующее значение — эквивалентное постоянное напряжение

Действующее значение связано с амплитудным: U_действ = U_ампл / √2

При расчетах цепей переменного тока часто используют метод комплексных чисел, учитывающий сдвиг фаз между током и напряжением.

Особенности измерения напряжения в различных электрических схемах

При измерении напряжения в реальных электрических схемах важно учитывать некоторые особенности:

1. Выбор диапазона измерений

Начинать измерение следует с максимального диапазона вольтметра, постепенно уменьшая его для повышения точности.

2. Учет внутреннего сопротивления вольтметра

Идеальный вольтметр должен иметь бесконечно большое внутреннее сопротивление. Реальные приборы могут влиять на измеряемую цепь, особенно при высоких значениях напряжения.

3. Измерение в высоковольтных цепях

При работе с высоким напряжением необходимо использовать специальные измерительные приборы и соблюдать меры безопасности.

4. Измерение переменного напряжения

Обычно измеряется действующее значение напряжения. Для измерения амплитудного значения требуются специальные приборы — осциллографы.

Правильный выбор метода измерения и учет особенностей конкретной схемы позволяют получить точные результаты при определении напряжения.

Как рассчитать мощность тока по формулам с примерами расчетов: определения и разъяснения

Такое физическое понятие, как мощность тока, играет важную роль в электрике. Зная его значение, проводят выбор трансформаторов и генераторов доя больших предприятий.

В домашних условиях мощность также важна. Опираясь на нее, можно максимально правильно подобрать технику и провести электрическую сеть.

Рассмотрим способы расчета при помощи известных силы тока, напряжения и сопротивления.

Определение в физике

Согласно школьному курсу физики, мощность является величиной скалярной. То есть в каждый момент времени она характеризуется определенным числом.

Определение гласит, что она равняется отношению выполненной работы за промежуток времени, к этому же времени. Формула имеет следующий вид: P=dA/dt, гдеdA – это работа, а dt – промежуток времени, потраченный на ее выполнение.

Для бытового использования достаточно знать, что она показывает, насколько быстро будет выполнена работа.

В электрических схемах и в инструкциях к товарам она может обозначаться тремя вариантами: P, W и N. Единицами измерения мощности являются Ватты. При достаточно больших значениях могут использовать киловатты.

Напряжение электричества можно рассчитать при помощи формулы: P=UI, где U – это напряжение цепи, а I – ток, который проходит на заданном участке. Таким образом, зная напряжение и силу тока, можно рассчитать потребление.

При постоянном токе

Существуют два вида тока: постоянный и переменный. Рассмотрим первый вариант.

Постоянный ток на всем промежутке времени не изменяется по величине и направлению.Это наиболее простой вид для расчетов. Для определения достаточно подставить имеющиеся данные в формулу P=UI.

Использую закон Ома для постоянного тока I=U/R, где R – сопротивление проводника, можно преобразовать формулу. В результате получим новый формат для расчета при помощи напряжения и сопротивления: P=U^2/R или при известных силу тока и сопротивлении: P=I^2*R.

При переменном токе

Ток, который со временем меняет свое значение и направление, называется переменным. В этом случае понятие делится на полную, активную и реактивную части. Также присутствует коэффициент мощности. Рассмотрим эти понятия детальнее.

Активная часть рассчитывается при помощи формулы P=UIcosФ, где Ф – это измеряемая в градусах разница между начальными фазами двух изменяемых величин. Иными словами, Ф означает сдвиг фаз. Единицами измерения активного напряжения являются Ватты.

Чтобы определить значение полной части, достаточно подставить имеющиеся силу тока и напряжение в формулу S=UI. Измеряется она в Ваттах либо Вольт-Амперах.

Реактивная составная исходит из формулы Q=UIsinФ. 2), где sqrt – это квадратный корень из значения в скобках. Это выражение подходит для однофазной сети.

Если проводка имеет три фазы, то вид формулы слегка меняется. Так, для определения полной составной используют те же силу тока и фазное напряжение: S=3UI. Если напряжение на фазах неизвестно, то используют линейное значение: S=1.73UI. Цифра 1.73 – это корень из 3.

Аналогичным способом происходит видоизменение для активной и реактивной мощностей. Так, для первого вида имеем: P=3UIcosФ или P=1.73UIcosФ. Реактивная рассчитывается по формуле: Q=3UIsinФ илиQ=1.73UIsinФ.

Зная теорию, можно определить необходимую мощность и, опираясь на это значение, произвести монтаж сети или покупку нужной техники.

Расчет мощности для электродвигателя

Электродвигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Часто используется на предприятиях.  Для подбора трансформаторов или самой проводки к нему, необходимо знать механическую мощность на валу. Необходимая для расчетов информация подается в паспорте прибора или на торце. Рассмотрим пример.

Согласно поданной информации: Р=160 киловатт, КПД=94%, cosФ=0.9, U=380 Вольт. Зная эти значения, можно без труда определить активную мощность: P=P/n, где n=КПД/100=0.94. Тогда получим P=160000/0.94=170213 Вт.

Полная мощность будет равна S=P/cosФ=170213/0.9=189126 Вт. Опираясь на это значение, выбирают необходимые трансформаторы и параметры электрической сети.

При разных типах соединений

В зависимости от сложности схемы и количества элементов в ней, бывают соединения параллельные и последовательные.

При необходимости определить значение мощности на конкретном участке, тип соединения играет большую роль. Так, при последовательном виде нужно будет знать напряжение, а при параллельном – силу тока. Рассмотрим два разных случая.

Перед нами последовательное соединение с заданными параметрами. Согласно законам физики, найдем общую силу тока: I=U/(I1+I2)=12/20=0. 6 А. Общую мощность для всей сети находим из формулы: P=UI=0.6*10=6 Вт. В нашем случае сопротивление на обоих резисторах имеет одинаковое значение. В этом случае напряжение будет равно: U=IR=0.6*10=6 В. Тогда мощность на резисторах вычислим по формуле: P=UI=6*0.6=3.6 Вт.

Рассмотрим случай с параллельным соединением.Отличается расчёт тем, что нужно находить силу тока на каждом участке: I1=U/R1=12 А, I2=U/R2=6 А. Аналогично на каждом из участков будет разное значение мощности: P1=12*6=72 Вт, P2=12*12=144 Вт. Общая мощность будет равна: P=UI=12*(6+12)=216 Вт.

Чтобы убедиться в правильности расчетов, можно использовать аналогичные формулы с использованием сопротивления. Для начала нужно найти общее сопротивление цепи: R=(R1*R2)/(R1+R2)=0. 66 Ом. При помощи полученного значения находим силу тока I=12/0.66=18 А. Мощность находим при помощи формулы P=12*18=216 Вт. Цифры сошлись, значит все расчеты проведены правильно.

Как видим, мощность можно вычислить несколькими способами. Отличаться они будут заданными исходными параметрами и самим видом электрической цепи. Правильно определить мощность несложно. Достаточно лишь тщательно и без спешки произвести математические расчеты.

Как рассчитать силу тока, потребляемую бытовым прибором?

Главная » Познавательное

Познавательное

Автор Савельев Николай На чтение 3 мин Просмотров 3.2к. 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 напряжение на компоненте

Чтобы выяснить, сколько напряжения падает на каждом резисторе, вы используете закон Ома для каждого отдельного резистора. Вы знаете значение каждого резистора, и вы знаете ток, протекающий через каждый резистор. Помните, что ток ( I ) представляет собой напряжение батареи (9 В), деленное на общее сопротивление ( R1 + R2 ), или примерно 7,4 мА.

Теперь вы можете применить закон Ома к каждому резистору, чтобы рассчитать его падение напряжения:

Обратите внимание, что если сложить падение напряжения на двух резисторах, вы получите 9 вольт, то есть общее напряжение, выдаваемое батареей. Это не совпадение; батарея подает напряжение на два резистора в цепи, и напряжение питания делится между резисторами пропорционально в соответствии со значениями резисторов. Этот тип схемы известен как делитель напряжения

.

Используйте это изображение для расчета разделенных напряжений.

Существует более быстрый способ расчета любого из «разделенных напряжений» ( В ₁ или В ₂ ) на этом рисунке. Вы знаете, что ток, проходящий через цепь, можно выразить как

Вы также знаете, что:

и

Чтобы вычислить В ₁ , например, вы можете заменить выражение I , показанное выше, и вы получите

Вы можете переставить члены, не меняя уравнения, чтобы получить

Аналогично уравнение для В ₂ это

Подставив значения

R1 , R2 и V _{аккумулятор} , вы получите V ₁ = 1,628 В и В ₂ = 7,4 В, как рассчитано .

Следующее общее уравнение обычно используется для определения напряжения на резисторе ( R1 ) в цепи делителя напряжения:

Многие электронные системы используют делители напряжения для снижения напряжения питания до более низкого уровня, после чего они подают это пониженное напряжение на вход другой части общей системы, для которой требуется это более низкое напряжение.

Вы можете использовать уравнение делителя напряжения для расчета выходного напряжения В _out схемы делителя напряжения, показанной на следующем рисунке, следующим образом:

Схема на следующем рисунке делит источник питания 9 В на 5 В.

Эта схема делителя напряжения снижает 9-вольтовое питание до 5 вольт при В _out .

Эта статья из книги:

• Электроника для чайников,

Об авторе книги:

Кэтлин Шами — инженер-электрик и писатель с обширным инженерным и консультационным опытом в области медицинской электроники, обработки речи и телекоммуникаций.

Эту статью можно найти в категории:

• Общая электроника,

Как рассчитать напряжение | Определение

Ключевые понятия

1. Использование вольтметра в цепи

2. Расчет напряжения

Введение

Когда свободный положительный заряд перемещается от высокого потенциала к низкому, заряд совершает работу. Эта работа совершается за счет разности потенциалов между зарядами. В этом разделе мы будем связывать потенциальную энергию из-за зарядов и разность потенциалов, создаваемую между положительными и отрицательными зарядами. Мы также собираемся применить формулу и вычислить разность потенциалов, когда работа, выполненная над зарядами или посредством зарядов, дана вместе с количеством заряда. Устройство, которое используется для измерения этой разности потенциалов, будет использоваться в цепи.

Объяснение:

Связь между потенциальной энергией и разностью потенциалов  

Рассмотрим единичный заряд «q». В этом заряде «q» хранится некоторая потенциальная энергия, известная как электрическая потенциальная энергия. Допустим, некоторая энергия применяется для перемещения его из одной точки в другую. При приложении этой энергии работа совершается либо объектом, либо над объектом.

Работа, совершаемая для перемещения заряда из одной точки в другую, называется разностью потенциалов.

Разность потенциалов, ΔV =
Потенциальная энергия, E/заряд, q

Напряжение  

Разность потенциалов также известна как напряжение. Оно измеряется в вольтах (В), напряжение — это работа, выполненная при перемещении единичного тестового заряда.

Математически,  

Напряжение, В = работа, Вт/заряд, q V) после Алессандро Вольта.

Термин напряжение вы, должно быть, видели в некоторых батареях или на задней части некоторых электрических устройств. Это напряжение является общим названием разности потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, в случае с батареей батарея на 6 В означает, что разность потенциалов между обоими концами батареи составляет 6 В.

Рисунок0167  

Устройство, которое используется для измерения этой разности потенциалов, известно как вольтметр . Он подключается параллельно к двум точкам, где необходимо измерить разность потенциалов. Полученное показание выражается в вольтах (В).

Символ, используемый для обозначения этого напряжения в электрической цепи,                 .

Вопросы и ответы:  

1. У вас есть мотоциклетный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд 6000 Кл, и автомобильный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд 70 000 Кл. Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого платежа соответствует трем значащим цифрам.) 

Ответ:

Для аккумулятора мотоцикла

q = 6000 Кл

ΔV = 12,0 В = 12,0 Дж/Кл

900 02   Вт = ΔV.