Мощность по напряжению и сопротивлению: Закон ома | Онлайн калькулятор

Вопрос 2. Записать выражение для полного сопротивления, тока и коэффициента мощности при резонансе напряжений.

Ответ 2.1: Из схемы замещения следует, что электрическая цепь состоит из 3-х последовательно соединенных сопротивлений: . Полное сопротивление следовало бы считать равным сумме сопротивлений. Однако т.к. в цепях переменного тока реактивные элементы влияют на сдвиг фаз между током и напряжением на этом элементе, сопротивления заменяют их комплексными образами и полное сопротивление рассчитывают как сумму комплексных сопротивлений:

;

Величина (модуль) полного сопротивления равна:

;

При резонансе напряжений . Поэтому . Реактивные сопротивления друг друга компенсируют, полное сопротивление становится чисто активным и равным сопротивлению катушки .

Ответ 2.2. Из анализа схемы замещения (из 2-го закона Кирхгофа) следует, что:

При резонансе напряжений и , поэтому при резонансе ток равен: .

Вывод: При резонансе ток в цепи и определяется только отношением входного напряжения к чисто активному сопротивлению катушки.

Ответ 2.3 В цепи переменного тока различают активную , реактивную и полную мощности, которые рассчитываются следующим образом:

, Вт;

, Вар;

, ВА.

Реактивная составляющая полной мощности цепи находится как разность индуктивной Q_L и емкостной Q_C ее составляющих:

Коэффициент мощности электрической цепи cosφ показывает долю активной мощности Р в полной мощности цепи S: .

Полная мощность рассчитывается по формуле: .

Вариант ответа a) При резонансе напряжений: cosφ

0=Р₀/UI₀. Но Р₀ =I₀²R , U=I₀·R. После подстановки в выражение для cosφ₀ имеем:

.

Вариант b) При резонансе напряжений суммарная реактивная мощность равна нулю , поэтому полная мощность S равна чисто активной мощности P. Следовательно:

.

Вывод: При резонансе напряжений коэффициент мощности , т.е. вся подводимая мощность расходуется только на нагрев проводов катушки индуктивности.

_**) можно определить из соотношения

Ответ 3.1: В данной цепи при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений полное сопротивление цепи будет минимальным и чисто активным

Z=R, а ток – максимальным .

Падения напряжения на индуктивном и емкостном элементах рассчитываются по закону Ома: , и т.к. величина напряжения на идеальной индуктивности U_Lравнанапряжению на емкости U_C. , но фазы напряжений U_Lи U_C противоположны (сдвинуты на 180°).

Режим работы цепи c последовательным соединением R,L,C элементов при котором и (или ) называют резонансом напряжений.

Сумма комплексов напряжений и равна нулю, следовательно и модуль суммы будет равен нулю. Вольтметр, измеряющий падение напряжения (модуль комплекса напряжения) на участке цепи с идеальной индуктивностью и емкостью, покажет значение =0. При этом ток и напряжение

ВХ совпадает по фазе (коэффициент мощности , φ₀ =0). Активная мощность имеет наибольшее значение, равное полной мощности S, в то время как реактивная мощность цепи оказывается равной нулю: .

При резонансе напряжения на емкости и на индуктивности могут значительно превышать подводимое напряжение U, если и значительно превышают R:

, .

Физическая причина возникновения повышенных напряжений – это колебания значительной энергии, запасаемой попеременно в электрическом поле емкостного и магнитном поле индуктивного элементов. При резонансе напряжений малые количества энергии, поступающей от источника и компенсирующие потери энергии в активном элементе – сопротивлении R, достаточны для поддержания незатухающих колебаний в системе относительно больших количеств энергии электрического и магнитного полей. Причем в любой момент времени суммарная энергия электрического и магнитного полей остается постоянной.

Резонанс напряжений в промышленных электрических установках нежелательное и опасное явление, так как оно может привести к аварии вследствие недопустимого перегрева отдельных элементов электрической цепи или пробою изоляции.

**) Для мощных двигателей отношение сопротивлений обмоток X_L/R на промышленной частоте составляет несколько десятков. Напряжение питания двигателей обычно <380В. Поэтому в случае резонанса напряжение на обмотке U_L превысит напряжение питания в деc

ятки раз (U_L>>380В).

В тоже время резонанс напряжений в электрических цепях переменного тока широко используется в радиотехнике, в различных приборах и устройствах, основанных на резонансных явлениях.

инструменты и методы технического волшебства

Самая главная формула для любого инженера-электрика — это закон Ома, который определяет соотношение между напряжением (измеряется в вольтах), током (измеряется в амперах) и сопротивлением (измеряется в Омах) в цепи. Схема представляет собой замкнутый контур с источником электрической энергии ( например, батареей 9 В) и нагрузкой (чем-то, что расходует энергию, как светодиод). Прежде всего, важно понять физический смысл каждого термина:

• напряжение представляет собой разность электрических потенциалов между двумя точками;

• ток течет от точки с более высокой потенциальной энергией, чтобы снизить потенциальную энергию.

Пользуясь аналогией, электрический ток можно предста

— 46 —

вить как поток воды, а напряжение — как высоту перепада. Вода (или ток) всегда течет из точки с большей высотой (более высокое напряжение) к точке с меньшей высотой (или более низкому напряжению). Ток, как вода в реке, всегда будет идти по пути наименьшего сопротивления в цепи;

• по аналогии сопротивление является отверстием для протекания тока. Когда вода (ток) течет через узкую трубу, за одинаковое количество времени проходит меньшее количество, чем через широкую трубу. Узкая труба эквивалентна большему сопротивлению, потому что вода будет течь медленнее. Широкая труба эквивалентна малому сопротивлению, потому что вода (ток) может течь быстрее.

Закон Ома определяется следующим образом:

U = I·R, где U — напряжение в вольтах; I — ток в амперах; R — сопротивление в омах.

В электрической цепи каждый компонент обладает некоторым сопротивлением, что снижает напряжение.

Закон Ома очень удобен для подбора значения резистора, подкточаемого последовательно со светодиодом. Светодиоды характеризуются определенной величиной падения напряжения и заданным значением рабочего тока. Чем больше ток через светодиод (не превышая максимально допустимого), тем ярче он светится. Для наиболее распространенных светодиодов максимальный ток равен 20 мА. Типовое значение падения напряжения для светодиода составляет около 2 в.

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 2.3, и применим закон Ома для подбора резистора R1.

Рис. 2.3. Схема включения светодиода

Предположим, что LED 1 — стандартный светодиод с прямым током 20 мА и падением напряжения 2 В. Напряжение питания 5 В должно перераспределиться между светодиодом и резистором. Поскольку доля светодиода составляет 2 В, оставшиеся 3 В должны быть приложены к резистору. Зная максимальное значение прямого тока через светодиод (20 мА), можно найти номинал резистора:

R = U/I= 3/0,02 = 150 Ом.

Таким образом, при сопротивлении резистора 150 Ом через него и светодиод протекает ток 20 мА. По мере увеличения сопротивления ток будет уменьшаться.

Резистор 220 Ом обеспечивает достаточную яркость свечения светодиода, к тому же этот номинал очень распространен.

Еще одно важное соотношение — формула для расчета мощности, которая показывает, сколько ватт рассеивается на каждом компоненте. Увеличение мощности рас

— 47 —

сеивания связано с ростом тепловыделения прибора. Для каждого компонента, как правило, задается максимально допустимая мощность. Максимальная мощность резистора в нашем примере равна 0,125 Вт. Формула для расчета мощности выглядит следующим образом:

Р = U·I, где Р — мощность, Вт; U- напряжение, В; I — сила тока, А.

Для резистора из схемы на рис. 2.3 при падении напряжения 3 В и силе тока 20 мА мощность равна

Р = 3·0,02 = 0,06 Вт.

Поскольку 60 мВт< 0,125 Вт = 125 мВт, следовательно, данный резистор не перегреется.

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Э-э, мой плохой…

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Клавиатура SparkFun Qwiic — 12 кнопок

В наличии COM-15290

$11,50

9

Избранное Любимый 44

Список желаний

Микромагнитометр SparkFun — MMC5983MA (Qwiic)

В наличии SEN-19921

15,95 $

Избранное Любимый 3

Список желаний

Pixhawk 6C с модулем питания PM07

Нет в наличии РОБ-20498

289,99 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Шестигранная гайка M3

В наличии ПРТ-21232

Избранное Любимый 0

Список желаний

Новости (письмо) от наших друзей в Elektor

25 февраля 2021 г.

Узнайте больше об Elektor и их полезных информационных бюллетенях!

Избранное Любимый 0

Защитники Среднего Запада собрали

21 апреля 2022 г.

Это последний выпуск из серии о сборке Midwest Defenders для конкурса OpenCV Spatial AI Competition.

Избранное Любимый 0

Руководство по подключению преобразователя логического уровня с однополярным питанием

9 августа 2018 г.

Логический преобразователь с одним источником питания позволяет двунаправленно преобразовывать сигналы от микроконтроллера 5 В или 3,3 В без необходимости использования второго источника питания! Плата обеспечивает выход как для 5 В, так и для 3,3 В для питания ваших датчиков. Он оснащен резистором PTH для возможности регулировки регулятора напряжения на нижней стороне TXB0104 для устройств на 2,5 В или 1,8 В.

Избранное Любимый 0

• Электроника SparkFun®
• 6333 Dry Creek Parkway, Niwot, Colorado 80503
• Настольный сайт

• Ваш счет
• Авторизоваться
• регистр

Законы Ома и Ватта | SpazzTech

Главная | Продукты | Электроника | Программирование | Спаззауты | Контакт

Что такое Закон Ома и Закон Ватта?:

Закон Ома определяет одно из самых фундаментальных соотношений в электронике. Это соотношение между напряжением, током и сопротивлением. Закон Ватта определяет еще одно из самых фундаментальных соотношений в электронике. Такова связь между мощностью и величинами, определяемыми законом Ома. Мы не сможем углубиться в электронику, пока не поймем эти концепции.

 

Вольт:

Единицей измерения параметра напряжения является вольт. Символом, который используется для обозначения вольта, является буква «V». В зависимости от ситуации используется как верхний, так и нижний регистр. Символом параметра напряжения также является буква «В». Если бы электрическая цепь была садовым шлангом, напряжение было бы аналогично давлению в шланге. Единица V равна количеству энергии в джоулях, необходимой для перемещения одного кулона электронов между двумя точками. Напряжение иногда называют «потенциалом», потому что оно может перемещать эти электроны.

 

Ампер или Ампер:

Единицей измерения параметра тока является ампер. Ампер часто сокращают до amp. Символ, используемый для обозначения усилителя, — буква «А». В зависимости от ситуации используется как верхний, так и нижний регистр. Символ, используемый для обозначения параметра тока, представляет собой букву «I». Если бы электрическая цепь была садовым шлангом, сила тока была бы равна скорости потока воды в шланге. Единица А равна количеству кулонов, протекающих по контуру за одну секунду.

 

Ом:

Единицей измерения параметра сопротивления является ом. Символ, используемый для обозначения Ома, — Ω. Символ, используемый для обозначения параметра сопротивления, представляет собой букву «R». Если бы электрическая цепь была садовым шлангом, сопротивлением был бы любой клапан или другое ограничение в шланге. Единица Ом равна сопротивлению, которое существует, когда 1 А течет между двумя точками с напряжением 1 В между этими двумя точками. Это формирует основу для форм закона Ома, приведенных в следующем разделе.

 

Формы закона Ома:

Мощность:

Наиболее часто используемой единицей измерения мощности в электронике является ватт. Символ, используемый для обозначения ватта, представляет собой заглавную букву «W». По своей сути мощность – это скорость, с которой совершается работа. На самом деле один ватт равен одному джоулю в секунду. Из определений, данных для вольт и ампер, данных выше, мы можем сказать, что один ватт также равен одному вольту, умноженному на один ампер, потому что вольт — это мера джоулей на кулон, а ампер — мера кулонов в секунду.