Работа электрической цепи. Работа электрического тока: формулы, примеры расчетов и практическое применение

Что такое работа электрического тока. Как рассчитать работу тока по формулам. Какие единицы измерения используются. Где применяется работа тока на практике. Как связаны работа и мощность электрического тока.

Что такое работа электрического тока

Работа электрического тока — это физическая величина, характеризующая преобразование электрической энергии в другие виды энергии при протекании тока по участку цепи. Она показывает, какое количество электрической энергии было преобразовано в другие формы за определенный промежуток времени.

Работу тока можно определить как произведение напряжения на участке цепи, силы тока и времени его протекания:

A = U * I * t

где:

• A — работа тока (Дж)
• U — напряжение на участке цепи (В)
• I — сила тока (А)
• t — время протекания тока (с)

Формулы для расчета работы электрического тока

Существует несколько формул для вычисления работы электрического тока на участке цепи:

1. A = U * I * t
2. A = I^2 * R * t
3. A = (U^2 / R) * t

Выбор конкретной формулы зависит от известных параметров цепи. Рассмотрим каждую из них подробнее.

Формула A = U * I * t

Эта формула наиболее универсальна и удобна на практике, так как напряжение и силу тока легко измерить приборами. Она позволяет рассчитать работу тока независимо от того, в какой вид энергии преобразуется электрическая энергия на участке цепи.

Формула A = I^2 * R * t

Данная формула полезна, когда известны сила тока и сопротивление участка цепи. Она выражает закон Джоуля-Ленца и показывает количество теплоты, выделяемой током в проводнике.

Формула A = (U^2 / R) * t

Эта формула удобна при известных значениях напряжения и сопротивления участка цепи. Ее также можно использовать для расчета работы тока, когда вся электрическая энергия преобразуется во внутреннюю энергию проводника.

Единицы измерения работы электрического тока

В Международной системе единиц (СИ) работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж). Однако на практике часто используются и другие единицы измерения:

• Ватт-секунда (Вт*с) — 1 Вт*с = 1 Дж
• Ватт-час (Вт*ч) — 1 Вт*ч = 3600 Дж
• Киловатт-час (кВт*ч) — 1 кВт*ч = 3,6*10^6 Дж

Киловатт-час является наиболее распространенной единицей измерения работы электрического тока в быту и промышленности. Именно в этих единицах измеряется потребление электроэнергии в домах и на предприятиях.

Практическое применение работы электрического тока

Понимание и расчет работы электрического тока имеет множество практических применений:

1. Расчет потребления электроэнергии бытовыми приборами и промышленным оборудованием
2. Проектирование электрических сетей и определение необходимой мощности источников питания
3. Оценка эффективности электрических устройств и оптимизация их работы
4. Расчет стоимости потребленной электроэнергии
5. Выбор проводников и защитных устройств для электрических цепей

Связь работы и мощности электрического тока

Работа и мощность электрического тока тесно связаны между собой. Мощность характеризует скорость выполнения работы и определяется как отношение работы ко времени ее совершения:

P = A / t

где:

• P — мощность электрического тока (Вт)
• A — работа электрического тока (Дж)
• t — время (с)

Зная мощность электрического тока, можно легко рассчитать работу за определенный промежуток времени:

A = P * t

Эта формула часто используется для расчета энергопотребления электроприборов, когда известна их мощность и время работы.

Примеры расчета работы электрического тока

Рассмотрим несколько практических примеров расчета работы электрического тока:

Пример 1: Расчет работы лампочки

Лампочка мощностью 60 Вт работает в течение 5 часов. Рассчитаем работу электрического тока.

Дано: P = 60 Вт t = 5 ч = 5 * 3600 = 18000 с

Решение: A = P * t = 60 * 18000 = 1080000 Дж = 1080 кДж = 0,3 кВт*ч

Пример 2: Расчет работы тока в электрической цепи

По участку цепи с сопротивлением 10 Ом в течение 2 минут протекает ток силой 5 А. Найдем работу электрического тока.

Дано: I = 5 А R = 10 Ом t = 2 мин = 120 с

Решение: Используем формулу A = I^2 * R * t A = 5^2 * 10 * 120 = 30000 Дж = 30 кДж

Тепловое действие электрического тока

Работа электрического тока тесно связана с его тепловым действием. Закон Джоуля-Ленца устанавливает связь между работой тока и количеством выделяемого тепла:

Q = I^2 * R * t

где:

• Q — количество выделенного тепла (Дж)
• I — сила тока (А)
• R — сопротивление участка цепи (Ом)
• t — время протекания тока (с)

Как видно, эта формула идентична одной из формул для расчета работы электрического тока. Это означает, что вся работа тока на участке цепи без источников ЭДС преобразуется в тепло.

Работа электрического тока в различных электрических устройствах

Работа электрического тока находит применение в различных электрических устройствах:

1. Нагревательные приборы (электрочайники, обогреватели, утюги) — работа тока преобразуется в тепловую энергию.
2. Осветительные приборы — работа тока преобразуется в световую энергию.
3. Электродвигатели — работа тока преобразуется в механическую энергию.
4. Аккумуляторы при зарядке — работа тока преобразуется в химическую энергию.
5. Электролизные ванны — работа тока используется для проведения химических реакций.

Понимание принципов работы электрического тока и умение производить соответствующие расчеты позволяет эффективно проектировать и использовать электрические устройства в различных областях техники и повседневной жизни.

что это такое, формулы, примеры задач

В этой статье я объясню, что такое работа электрического тока, какие единицы измерения для нее используются и какие важные формулы необходимо знать.

Что такое работа электрического тока?

Давайте рассмотрим обычную батарейку. По сути, батарейка преобразует химическую энергию в электрическую энергию электронов. Если теперь подключить её в электрическую цепь, то электроны могут совершать работу, используя свою электрическую энергию, например, зажигать лампочку.

Если вы хотите узнать, сколько электрической энергии было преобразовано в другой вид энергии, то вам нужно рассчитать работу электрического тока.

Определение понятия «электрическая работа» и её единицы измерения.

Работа электрического тока [A] позволяет определить, сколько электрической энергии было или может быть преобразовано в другие виды энергии.

Когда вы рассчитываете работу электрического тока, вы знаете, сколько электрической энергии было преобразовано в другие формы энергии. А уже какие другие формы энергии могут быть — это зависит от ситуации (несколько примеров в списке ниже):

• Ваш тостер преобразует электрическую энергию в тепловую;
• Когда вы включаете лампочку, электрическая энергия преобразуется в световую;
• Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Единицей измерения работы электрического тока в СИ является Джоуль [Дж], также часто используется в качестве единицы измерения Ватт-секунда [Вт·с]. Один джоуль всегда соответствует одной ватт-секунде. То есть 1 Дж = 1 Вт·с .

Другой важной единицей измерения является киловатт-час [кВт·ч]. Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд или джоулей.

1 кВт·ч = 1 * 10³ Вт·ч = 1 * 10³ * 3600 Вт·с = 3,6 * 10⁶ Вт·с = 3,6 * 10⁶ Дж.

Полезный факт: а вы знали, что именно электрическую работу измеряют электросчётчики установленные в наших домах и квартирах! Электросчётчики измеряют работу электрического тока в кВт·ч.

По какой формуле вычисляется работа электрического тока?

Если вы на каком-либо участке электрической цепи под действием электрического напряжения U привели в движение заряд q, то вы можете рассчитать электрическую работу A как напряжение U, приложенное на концах этого участка цепи, умноженное на электрический заряд q, который прошёл по нему, то есть: A = U * q .

Зная, что электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q = I * t. Тогда электрическую работу A [Дж] можно определить как напряжение U [В], умноженное на силу тока I [А] и умноженное на время t [с], то есть: A = U * I * q .

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Чуть ниже в статье мы разберем два практических примера, которые покажут применение данных формул. Однако перед этим мы кратко рассмотрим еще несколько важных формул.

Примечание: Вы обязательно должны запомнить первые две формулы. Следующие ниже формулы менее важны, но могут быть полезны для вас при решении тех или иных задач.

Другие формулы для определения работы электрического тока.

Закон Ома для участка цепи связывает напряжение U и ток I. Это позволяет нам рассчитать электрическую работу A другим способом.

Итак, согласно закона Ома, U = I * R или I = U / R , где R — это электрическое сопротивление.

Тогда вы можете подставить эти формулы в A = U * I * t. В итоге получатся другие формулы для нахождения работы электрического тока:

• A = I² * R * t ;
• A = (U² * t ) / R .

Примеры задач

Пример 1.

У вас есть батарея, подающая постоянное напряжение 12 В и ток 2,3 А. Вы используете эту батарею для освещения лампочки в течение 1 часа. Теперь вы хотите знать, какая работа электрического тока была произведена.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * I * q, тогда получаем:

A = 12 В * 2,3 А * 1 ч = 27,6 Вт·ч .

Чтобы дать вам представление о единицах измерения, давайте переведем результат в ватт-секунды и джоули

27,6 Вт·ч = 27,6 * 3600 Вт·с = 99360 Вт·с = 99360 Дж.

Пример 2.

У вас есть батарейка с напряжением 5 В. Эта батарейка совершает электрическую работу в 10*10^-2 Вт·с. Нам нужно рассчитать рассчитать количество электрического заряда q, перемещенного между полюсами батареи.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * q, тогда q = A / U. Подставляя значения в формулу получаем:

q = 10*10^-2 Вт·с / 5 В = 0,02 Кл.

что это такое, формулы, примеры задач

Содержание:

Что такое работа тока

При хаотичном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле будет совершать работу, которую решили назвать работой тока. Определение работы тока следующее: это работа электрического поля по переносу зарядов внутри проводника.

Важно! Помимо электрических сил, на проводник действуют еще и магнитные, которые также могут совершать работу. Однако в обычных условиях она будет очень мала.

Движение зарядов в проводнике

Единицы измерения

Любая физическая величина, которая может быть превращена в энергию, будет измеряться в Джоулях (Дж). 1 Джоуль равен работе при перемещении точки, к которой приложена сила, равная 1 Ньютону, умноженному на Путь в 1 метр. Получается, что 1 Дж = 1 Н · 1 м.

Единица измерения мощности — это Ватт (Вт). Он равен работе 1 Дж, совершенной за единицу времени в 1 с. Таким образом, 1 Вт = 1 Дж : 1 с

Единица измерения мощности

Формула вычисления

В 1841 году английский ученый Джеймс Джоуль сформулировал закон для нахождения количественной меры теплового воздействия электрического тока. В 1842 году этот же закон был также открыт русским физиком Эмилием Ленцем. Из-за этого он получил двойное название закона Джоуля-Ленца. В общем виде закон записывается следующим образом: Q = I² • R • t.

Он имеет достаточно обобщенный характер, так как не имеет зависимости от природных сил, генерирующих ток. Сегодня этот закон активно применяется в быту. Например, для определения степени нагрева вольфрамовой нити, используемой в лампочках.

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое током. Но, тем не менее, это поможет узнать, по каким формулам вычисляется работа электрического поля. Всё потому, что она впоследствии проявляется в виде нагревания проводника. Это говорит о том, что работа тока равна теплоте нагревания проводника (A=Q). Работа эл тока, формула: А= I² • R • t. Это не единственная формула для нахождения работы. Если использовать закон Ома для участка цепи (I=U:R), то можно вывести еще две формулы: А=I•U•t или A=U²:R.

Вам это будет интересно  Ручные пресс клещи
Портреты Джоуля и Ленца

Общая формула для того, чтобы вычислять мощность, заключается в ее прямой пропорциональности работе и обратной зависимости от времени (P=A:t). Если говорить о мощности в электрическом поле, то исходя из предыдущих формул, можно составить целых три: Р= I² • R; Р=I•U; Р=U²:R.

Закон Ома для участка цепи

Интерпретация закона сохранения энергии. Закон Джоуля-Ленца

Закон Ома для однородного участка цепи при сопротивлении R отражает формула:

RI=U

Умножим обе части выражения на IΔt и получим соотношение:

RI2∆t=UI∆t=∆A.

Полученный результат является выражением закона сохранения энергии для однородного участка цепи.

Определение 2

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

∆Q=∆A=RI2∆t

Данный закон называется законом Джоуля-Ленца.

Закон носит название сразу двух известных физиков, поскольку экспериментальным путем был установлен ими обоими в независимости друг от друга.

Определение 3

Мощность электрического тока есть отношение работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была произведена.

Можно сказать проще: мощность – это работа, выполненная в единицу времени. Запишем формулу, связывающую работу тока и его мощность:

P=∆A∆t=UI=I2R=U2R

Работу электрического тока выражают в джоулях (Дж), мощность тока измеряется в ваттах (Вт), время – в секундах (с): 1 Вт=1 Дж1 с. Измерение мощности тока происходит при помощи ваттметра, а работа находится расчетно как результат перемножения силы тока, напряжения и времени протекания тока по цепи: A=IUt.

Следующей разберем полную цепь постоянного тока, включающую в себя источник с электродвижущей силой δ и внутренним сопротивлением rи внешний однородный участок с сопротивлением R.

Определение 4

Закон Ома для полной цепи выглядит так:

(R+r)I=δ

Нужна помощь преподавателя?Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!Описать задание

Перемножим обе части выражения с Δq=IΔt и получим соотношение, которое будет служить выражением закона сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:

RI2∆t+rI2∆t=δI∆t=∆Aст

Левая часть выражения содержит ΔQ=RI2Δt(тепло, которое выделяется на внешнем участке цепи за время Δt) и ΔQист=rI2Δt (тепло, которое выделяется внутри источника за такое же время).

Выражение δIΔt является равным работе сторонних сил ΔAст, которые действуют внутри источника.

Определение 5

При протекании электрического тока по замкнутой цепи происходит преобразование работы сторонних сил ΔAст в тепло, которое выделяется во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист).

∆Q+Qист=∆Aст=δI∆t

Необходимо отметить следующий факт: в указанное соотношение не включена работа электрического поля. Когда ток проходит по замкнутой цепи, электрическое поле работы не совершает; значит тепло производится лишь посредством сторонних сил, которые действуют внутри источника. Электрическое поле здесь выполняет перераспределение тепла между различными участками цепи.

Внешней цепью может служить не только проводник с сопротивлением R, но и какое-то устройство, которое потребляет мощность, к примеру, электродвигатель постоянного тока. Тогда R необходимо расценивать как эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, которая выделится во внешней цепи, имеет возможность частично или полностью преобразоваться как в тепло, так и в иные виды энергии, к примеру, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Таким образом, тема использования энергии источника тока имеет важное практическое значение.

Работа, мощность и тепловое действие электрического тока

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на этом участке, силы тока и времени, в течение которого совершается работа. Единицей работы является джоуль (1 Дж).

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока.

Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его

Работа электрического тока

Выясним, как вычисляется работа тока в электрической цепи.

Полную работу тока на участке цепи, который является потребителем, можно найти по формуле (15. 10):

где
— напряжение на участке цепи, а
— заряд, перенесенный через поперечное сечение проводника за время прохождения
тока. Так как
, то

Поскольку напряжение и ток на участке цепи можно измерить вольтметром и амперметром, формула (17.1) удобна на практике для вычисления полной работы тока. По этой формуле работу можно вычислить независимо от того, в какой вид энергии превращается электрическая энергия на рассматриваемом участке цепи.

Когда вся электрическая энергия превращается во внутреннюю энергию (т. е. затрачивается на нагревание участка цепи), справедлива формула (16.11):
. Подставляя это выражение в (17.1), получим другую формулу для вычисления работы тока на участке цепи без э. д. с.:

Поскольку
, формулу (17.1) можно записать еще следующим образом:

Итак, при вычислении работы тока на участке цепи без э. д. с. можно пользоваться любой из формул (17.1) — (17.3).

Рассмотрим теперь участок цепи с э. д. с. Вспомним, что когда у потребителя имеется противо-э. д. с., то электрическая энергия частично превращается во внутреннюю энергию и частично — в другие виды энергии. Электрическая энергия, израсходованная в этом случае, вычисляется по формуле (17.1). Остается установить, как подсчитать количество электрической энергии, которое превратилось во внутреннюю энергию на таком участке цепи.

Поскольку падение напряжения 
показывает, какое количество электрической энергии превратилось во внутреннюю энергию участка цепи при прохождении единичного заряда, то, если по участку цепи пройдет заряд
, увеличение внутренней энергии участка будет равно
, но поскольку
, получаем
. Таким образом, работа тока, определяющая электрическую энергию, которая затрачивается на тепловое действие в данном участке цепи, выражается формулой (17.3):

Заметим, что эта формула справедлива для любого участка цепи, в том числе и для генератора.

Работа сторонних сил в генераторе, которой оценивают полученное в нем количество электрической энергии засчет других видов энергии, находится из соотношения (16. 8). Так как
, получаем

Формулу (17.4) можно применять и к потребителю. В этом случае
обозначает противо-э. д. с., а работа А определяет, какое количество электрической энергии превратилось в механическую или химическую энергию.

Напомним, что при вычислениях в СИ работа получается в джоулях (ватт-секундах). Однако в электротехнике работу обычно выражают в ватт-часах или в киловатт-часах:

Поскольку час содержит 3,6 . 103 с, то для вычисления работы тока в ватт-часах достаточно подставлять в приведенные выше формулы время в часах (вместо секунд). Заметим, что прибор для измерения работы тока называют электрическим счетчиком, а стоимость единицы работы тока — тарифом. Например, для населения Москвы тариф составляет 4 коп. (или 2 коп.) за 1 кВт-ч.

Мощность электрического тока

Вспомним, что мощностью называют величину, характеризующую скорость выполнения работы. Мощность тока на участке цепи измеряют работой тока за единицу времени. Поскольку в электротехнике мощность принято обозначать Р, имеем

Единицей мощности в СИ является ватт: 1 Вт=1 Дж/с.

Подставляя в (17.5) значения А из формул предыдущего параграфа, получим формулы для вычисления мощности в электрических цепях. Мощность тока на участке цепи без э. д. с. можно вычислять по любой из следующих формул (при расчетах надо выбирать ту из них, которая удобнее для рассматриваемого случая):

Когда потребитель имеет э. д. с.
, формула

дает полную мощность тока, а формула

дает мощность тока, затрачиваемую на тепловое действие. Формула

позволяет определить мощность тока, затраченную на получение других видов энергии, кроме внутренней. Для генератора формула (17.9) определяет мощность, затраченную на получение электрической энергии в генераторе.

При расчетах следует помнить, что мощность тока во всей внешней цепи при любом соединении равна сумме мощностей на отдельных участках цепи. Отметим, что мощность тока в подводящих проводах часто называют потерей мощности.

Тепловое действие электрического тока

Закон Джоуля — Ленца. Тепловое действие тока на опытах было изучено английским ученым Дж. Джоулем и русским физиком Э. Ленцем. Количество тепла, выделенного током в проводнике, равно работе электрического поля по преодолению сопротивления проводника:

Формула (17.10) является математическим выражением закона Джоуля — Ленца: количество тепла, выделенного током в проводнике, прямо пропорционально сопротивлению проводника, квадрату силы тока и времени его прохождения. Заметим еще раз, что формула (17.10) позволяет вычислять количество теплоты, выделенной током в любом участке цепи с сопротивлением
.

При последовательном соединении проводников с сопротивлениями
и 
(рис. 17.1, а) количество выделенного в них тепла можно выразить следующим образом:

откуда вытекает, что

Следовательно, количество теплоты, выделенной током в каждом проводнике при последовательном соединении, прямо пропорционально сопротивлению этих проводников.

При параллельном соединении двух участков цепи без э. д. с. С сопротивлениями
и 
(рис. 17.1,б) количество тела, выделенного током в каждом участке в отдельности, равно

откуда

Количество теплоты, выделенной током в параллельно соединенных участках цепи без э. д. c., обратно пропорционально сопротивлению этих участков.

Из (17.11) и (17.12) видно, что при последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении — с меньшим.

Определение работы электротока

Работа как таковая представляет собой величину, описывающую переход энергии в другую форму. К примеру, когда некоторый предмет движется, он обладает кинетической энергией. После того, как движение прекращается, а предмет поднимается на определенную высоту, можно говорить о переходе энергии в потенциальную форму.

Когда электрические заряды перемещаются в цепи по проводниковому материалу, их движение инициируется электрополем, поэтому можно говорить о том, что рабочая нагрузка лежит на последнем. Таким образом, работа электрического тока – величина, характеризующая трансформацию электроэнергии в иные разновидности, например, механическую энергию или тепло. В формульных представлениях величина обозначается заглавной латинской литерой А.

Важно! Работа эл тока по модулю равна произведению периода времени, в течение которого она совершалась, на значение токовой силы и на напряжение на концах фрагмента электроцепи. Когда любой из компонентов произведения растет или понижается, в этом же направлении изменится и рабочий показатель. Сама величина показывает, какое количество электрической энергии претерпело трансформацию в другие ее виды за определенный промежуток времени.

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

• сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
• мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
• частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

 Преобразование переменного тока в постоянный

Из переменного тока, можно получить постоянный ток, для этого достаточно  подключить сети переменного тока диодный мост или как его еще называют “выпрямитель”.  Из названия “выпрямитель” как нельзя лучше понятно, что делает диодный мост, он выпрямляет синусоиду переменного тока в прямую линию тем самым заставляя двигаться электроны в одном направлении.

История открытия переменного тока

Впервые переменным токам стали уделять внимание ввиду коммерческой ценности после появления на свет изобретений, созданных Николой Тесла. Материальный конфликт с Эдисоном отметил сильным отпечатком судьбы обоих. Когда американский предприниматель забрал назад обещания перед Николой Тесла, потерял немалую выгоду. Выдающемуся ученому не понравилось вольное обращение, серб выдумал двигатель переменного тока промышленного типа (изобретение сделал намного раньше). Предприятия пользовались исключительно постоянным. Эдисон продвигал указанный вид.

Тесла впервые показал: переменным напряжением можно достичь гораздо больших результатов. В особенности, когда энергию приходится передавать на большие расстояния. Использование трансформаторов без труда позволяет повысить напряжение, резко снижая потери на активном сопротивлении. Приемная сторона параметры вновь возвращает к исходным. Неплохо сэкономите на толщине проводов.

Сегодня показано: передача постоянного тока экономически выгоднее. Тесла изменил ход истории. Придумай ученый преобразователи постоянного тока, мир выглядел бы иначе.

Начало активному использованию переменного тока положил Никола Тесла, создав двухфазный двигатель. Опыты передачи энергии на значительные расстояния расставили факты по своим местам: неудобно переносить производство в район Ниагарского водопада, гораздо проще проложить линию до места назначения.

Школьный вариант трактовки переменного и постоянного тока

Переменный ток демонстрирует ряд свойств, отличающих явление от постоянного. Вначале обратимся к истории открытия явления. Родоначальником переменного тока в обиходе человечества считают Отто фон Герике. Первым заметил: заряды природные двух знаков. Ток способен протекать в разном направлении. Касательно Тесла, инженер больше интересовался практической частью, авторские лекции упоминают двух экспериментаторов британского происхождения:

1. Вильям Споттисвуд лишен странички русскоязычной Википедии, национальная часть – замалчивает работы с переменным током. Подобно Георгу Ому, ученый – талантливый математик, остается сожалеть, что с трудом можно узнать, чем именно занимался муж науки.
2. Джеймс Эдвард Генри Гордон намного ближе практической части вопроса применения электричества. Много экспериментировал с генераторами, разработал прибор собственной конструкции мощностью 350 кВт. Много внимания уделял освещению, снабжению энергией заводов, фабрик.

Считается, первые генераторы переменного тока созданы в 30-е годы XIX века. Майкл Фарадей экспериментально исследовал магнитные поля. Опыты вызывали ревность сэра Хемфри Дэви, критиковавшего ученика за плагиат. Сложно потомкам выяснить правоту, факт остается фактом: переменный ток полвека просуществовал невостребованным. В первой половине XIX-го века выдуман электрический двигатель (авторство Майкла Фарадея). Работал, питаемый постоянным током.

Никола Тесла впервые догадался реализовать теорию Араго о вращающемся магнитном поле. Понадобились две фазы переменного тока (сдвиг 90 градусов). Попутно Тесла отметил: возможны более сложные конфигурации (текст патента). Позднее изобретатель трехфазного двигателя, Доливо-Добровольский, тщетно силился запатентовать детище плодотворного ума.

Продолжительное время переменный ток оставался невостребованным. Эдисон противился внедрению явления в обиход. Промышленник боялся крупных финансовых потерь.

Никола Тесла изучал электрические машины

Никола Тесла: вопросы безопасности и эффективности

Никола Тесла посетил конкурирующую с эдисоновской компанию, продвигая новое явление.  Увлекся, часто ставил эксперименты на себе. В противовес сэру Хемфри Дэви, который укоротил жизнь, вдыхая различные газы, Тесла добился немалого успеха: покорил рубеж 86 лет. Ученый обнаружил: изменение направления течения тока со скоростью выше 700 раз в секунду делает процесс безопасным для человека.

Во время лекций Тесла брал руками лампочку с платиновой нитью накала, демонстрировал свечение прибора, пропуская через собственное тело токи высокой частоты. Утверждал: явление безвредно, даже приносит пользу здоровью. Ток, протекая по поверхности кожи, одновременно очищает. Тесла говорил, экспериментаторы прежних дней (смотрите выше) пропускали удивительные явления по указанным причинам:

• Несовершенные генераторы механического типа. Вращающееся поле использовалось в прямом смысле: при помощи двигателя раскручивался ротор. Подобный принцип бессилен выдать токи высокой частоты. Сегодня проблематично, невзирая на нынешний уровень развития технологии.
• В простейшем случае применялись ручные размыкатели. Вовсе нечего говорить о высоких частотах.

Сам Тесла использовал явление заряда и разряда конденсатора. Подразумеваем RC-цепочку. Будучи заряжен до определённого уровня, конденсатор начинает разряжаться через сопротивление. Параметров элементов определяют скорость процесса, протекающего согласно экспоненциальному закону. Тесла лишен возможности использовать методы управления контуров полупроводниковыми ключами. Термионные диоды были известны. Рискнем предположить, Тесла мог использовать изделия, имитируя стабилитроны, оперируя с обратимым пробоем.

Однако вопросы безопасности лишены почетного первого места. Частоту 60 Гц (общепринятая США) предложил Никола Тесла, как оптимальную для функционирования двигателей собственной конструкции. Сильно отличается от безопасного диапазона. Проще сконструировать генератор. Переменный ток в обоих смыслах выигрывает у постоянного.

Предыдущая

РазноеЭлектролизсолей, щелочей, кислот

Следующая

РазноеСхемы подключения трехфазного счетчика. Установка трёхфазного счетчика

Принципиальная схема | EdrawMax

• Часть 1: Что такое принципиальная схема
• Часть 2: Назначение и преимущества принципиальной схемы
• Часть 3: Символы и значки принципиальных схем
• Часть 4. Что нужно сделать перед созданием схемы?
• Часть 5: Как сделать принципиальную схему в EdrawMax?
• Часть 6: Советы по созданию принципиальной схемы
• Часть 7: Пример
• Часть 8: Заключение

Часть 1: Что такое принципиальная схема

Принципиальная схема представляет собой визуальное представление полной цепи электронного или электрического оборудования. Иллюстрация заполнена несколькими общепризнанными символами и значками, представляющими компоненты, которые связаны с помощью линий для совместной работы для выполнения конкретной задачи.

Часть 2: Назначение и преимущества принципиальной схемы

Как упоминалось ранее, цель электрической схемы — предоставить инженерам и проектировщикам подробную информацию о том, как должны быть соединены компоненты электрического/электронного прибора, чтобы он мог работать правильно после сборки. Поскольку на таком чертеже есть все значки и символы, которые представляют реальные компоненты, аналитикам и производителям становится легче читать схему и соответствующим образом подготавливать оборудование.

Основное преимущество подготовки принципиальной схемы перед сборкой самой схемы заключается в том, что иллюстрация помогает инженерам выполнять пробные прогоны, оценивать несоответствия в схеме и вносить необходимые изменения на самой бумаге. Это экономит их приличное количество времени и предотвращает финансовые потери, которые в противном случае произошли бы, если бы в производственном процессе использовался метод проб и ошибок.

Часть 3: Символы и значки принципиальных схем

Поскольку в схеме присутствует несколько компонентов с различными характеристиками, чтобы оборудование функционировало должным образом, их общепризнанные символы также различаются. Некоторые из часто используемых значков, которые вы найдете почти на каждой принципиальной схеме, приведены ниже вместе с их кратким описанием:

Символы цепей и логических схем

Шаблон Circuits and Logic помогает создавать относительно сложные схемы цепей для любого использования. Вы можете создавать как аналоговые, так и цифровые схемы, используя трафареты «Аналоговая и цифровая логика», «Компоненты интегральных схем», «Клеммы и разъемы» и «Пути передачи». Это хороший инструмент схем для игры с идеей, уточнения концепции или обсуждения технических проблем с кем-то еще. Он предоставляет все необходимые символы схем, необходимые для создания базовой схемы, а также ряд стандартных форм интегральных компонентов (ИС).

Путь передачи

Аналоговая и цифровая логика

Следующие аналоговые и цифровые логические формы включают инвертор, буфер, часы, генератор функций, усилитель, преобразователь и многое другое символы цепей.

Компоненты интегральных схем

Следующие формы компонентов интегральной схемы включают стандартный блок, плату, точку переключения, драйвер, расширение и другие символы компонентов схемы.

Клеммы и разъемы

Следующие формы клемм и разъемов включают контакт, клемма цепи, проводник, кабель и другие символы разъемов цепи.

Часть 4. Что нужно сделать перед созданием схемы?

Принципиальная схема необходима, прежде чем вы изготовите реальную схему. Однако есть несколько вещей, которые вам потребуются еще до подготовки принципиальной схемы. Наиболее важные моменты, которые вы должны иметь в виду, включают в себя:

• Правильное понимание

Вы должны иметь правильное и глубокое понимание того, как работают схемы и как будут вести себя компоненты при соединении в цепь. Неполное или абсолютное отсутствие знаний может привести к серьезным повреждениям органических и неорганических тел при практической реализации.

• Читаемость

Вы должны уметь читать и распознавать символы, используемые на принципиальной схеме. Так вам будет проще правильно разместить на холсте (или нарисовать их на листе бумаги) необходимые компоненты точных спецификаций, получив безупречную иллюстрацию.

• Методы дизайнеров

Хотя есть много инженеров, которые могут спроектировать функционирующую схему, лишь немногие способны эффективно выполнять работу, т. е. достаточно эффективно соединять компоненты, чтобы извлечь максимум из схемы. Убедитесь, что вы являетесь тем, кто обеспечивает эффективный результат.

• Использовать программное обеспечение

Даже если вы хорошо знакомы с символами и значками, используемыми на принципиальных схемах, рисовать их на бумаге будет чрезвычайно трудоемко и утомительно. Поэтому рекомендуется использовать эффективную программу, такую ​​​​как EdrawMax от Wondershare, которая не только упрощает задачу подготовки диаграммы, но также помогает вам выбирать и использовать правильные символы для создания профессиональной иллюстрации.

Часть 5: Как сделать принципиальную схему в EdrawMax?

Как упоминалось ранее, Wondershare EdrawMax упрощает задачу создания чертежей. Это связано с тем, что он заполнен несколькими категориями для различных типов отраслей, где каждая категория имеет несколько шаблонов, которые помогут вам начать свои проекты по созданию диаграмм.

С учетом сказанного вы можете следовать приведенным ниже инструкциям, чтобы научиться рисовать принципиальную схему с помощью Wondershare EdrawMax:

Шаг 1. Выберите подходящий шаблон или начните с нуля

Запустите Wondershare EdrawMax на своем компьютере, убедитесь, что на панели навигации слева выбран пункт «Новый», и выберите отрасль «Электротехника» на средней панели. В верхней строке правого окна выберите «Схемы и логика», а в нижней части выберите предпочитаемый шаблон. Примечание. Поскольку каждая принципиальная схема имеет различную архитектуру, как инженеру было бы разумно начать рисовать иллюстрации с черного проекта. Вы должны выбрать шаблон для начала только в том случае, если схема, которую вы планируете создать, является общей.

Шаг 2. Настройте принципиальную схему

Дважды щелкните любой символ компонента на холсте и при необходимости измените его заголовок. Затем перетащите другие значки, представляющие компоненты из библиотек слева, на холст и назовите их соответствующим образом. При необходимости используйте инструменты и параметры на правой панели, чтобы украсить символы, если это необходимо.

Шаг 3. Сохраните и экспортируйте принципиальную схему

Щелкните значок дискеты (сохранить) на панели быстрого доступа в верхнем левом углу окна. После этого нажмите кнопку «Дополнительно» на значке «Экспорт», и когда появится меню, выберите предпочтительный формат для экспорта принципиальной схемы.

Универсальное программное обеспечение для построения диаграмм

Легко создавайте более 280 типов диаграмм

Простое начало построения диаграмм с помощью различных шаблонов и символов

• Превосходная совместимость файлов: Импорт и экспорт чертежей в файлы различных форматов, например Visio
• Кроссплатформенная поддержка (Windows, Mac, Linux, Web)

Скачать бесплатно

Безопасность проверена | Переключиться на Mac >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Linux >>

ПОПРОБУЙТЕ БЕСПЛАТНО

Безопасность подтверждена | Переключиться на Windows >>

Часть 6: Советы по созданию принципиальной схемы

Несколько профессиональных советов, которые могут пригодиться при создании принципиальной схемы, включают в себя:

• Используйте крупные символы, которые легко читаются. Используйте больше места, если это необходимо
• Не перегружайте диаграмму слишком большим количеством значков. Если схема сложная и к ней нужно добавить несколько компонентов, рисуйте по одному блоку за раз и используйте соединительные линии, чтобы проиллюстрировать соединение между несколькими блоками, чтобы сформировать полную схему.
• Будьте точны при наименовании компонентов и добавлении их спецификаций. Неверные названия и/или спецификации могут привести к выпуску нерабочего оборудования.
• Выполните несколько пробных прогонов, прежде чем приступить к сборке схемы, чтобы избежать пустой траты времени и финансов.

Часть 7: Пример

Вышеприведенная диаграмма представляет собой полупроводниковый электрон, который имеет несколько конденсаторов, резисторов и символы других важных компонентов, образующих полностью функциональную схему. Значки компонентов на принципиальной схеме имеют определенные подписи с номерами, которые представляют их соответствующие характеристики. Это помогает в процессе изготовления рабочего прибора.

Часть 8: Заключение

Принципиальная схема необходима до того, как будет собрана фактическая схема с необходимыми компонентами. Хотя рисование иллюстраций вручную является одним из методов, было бы разумно использовать эффективный инструмент для создания диаграмм, такой как Wondershare EdrawMax, который упрощает вашу задачу, а также позволяет добавлять правильные символы и значки из встроенных библиотек, что значительно ускоряет ваш общий процесс.

Объясните работу этой схемы

Задавать вопрос

спросил 2 года, 1 месяц назад

Изменено 1 месяц назад

Просмотрено 971 раз

\$\начало группы\$

Я изучаю эту прикладную схему для разработки схемы смещения.

Я понял объяснение до определенного момента, но я застрял в разделе «Цепи питания смещения затвора». В нем говорится, что «когда переключатель ВКЛ / ВЫКЛ находится в состоянии ВЫКЛ, оба напряжения затвора VGS1 и VGS2 будут установлены на -4,5 В. Это достигается путем подсоединения регулировочного штифта регулятора напряжения к земле через резистор 1 кОм (флаги FL2). или FL3 переводятся в низкий уровень микросхемой секвенирования)».

Поскольку положение переключателя находится в состоянии «ВЫКЛ.», секвенсор будет удерживать ФЛАГ 2 и 3 в низком положении. Когда переключатель находится в состоянии «Вкл.», секвенсор будет удерживать ФЛАГ 2 и 3 в состоянии высокого импеданса с открытым стоком, после чего значения VGS1 и VGS2 устанавливаются регулировками потенциометра.

LT3021 — это регулятор VLDO, а LT1497 — усилитель с обратной связью по току. Таким образом, при использовании обоих этих чипов и на основе сигнала FLAG от LM3880 VGS это либо -4,35 В, либо его можно отрегулировать с помощью потенциометра 25K.

Я не могу понять рабочий поток между этими чипами.

Может ли кто-нибудь объяснить мне то же самое или подсказать, как двигаться дальше?

• анализ схем
• проектирование схем

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Когда переключатель установлен в положение «выключено» (замкнут), LM3880 переходит в последовательность «отключения питания», при этом каждый вывод флага по очереди переходит в низкий уровень (FL3/FL2/FL1). FL3 и FL2 подтягивают регулировочные штифты регуляторов напряжения к низкому уровню через резисторы 1 кОм, что делает их выходы высокими, поскольку коэффициент делителя напряжения обратной связи в 10 раз выше, чем обычно, что приводит к их пытается вывести напряжение в 10 раз выше, но фактически насыщается на уровне, близком к +5 В.

Выходы регулятора напряжения поступают на инвертирующие операционные усилители с коэффициентом усиления 1, который создает отрицательное выходное напряжение, пропорциональное положительному входному напряжению.