Сила тока для полной цепи формула: Урок 31. закон ома для полной цепи — Физика — 10 класс

Урок 31. закон ома для полной цепи — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 31. Закон Ома для полной цепи

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) закон Ома для полной цепи;

2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;

3) короткое замыкание;

4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Глоссарий по теме

Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.

: Просвещение, 2017. С. 348 – 354.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре — отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют

внутренним r.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

Короткое замыкание

При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

Примеры и разбор решения заданий:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

Решение.

Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

2. ЭДС батарейки карманного фонарика — 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

Решение:

Напряжение рассчитывается по формуле:

Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:

Делаем расчёт:

Ответ: U = 3,28 В.

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона — закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивле­ние электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин). Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а со­противление самого источника тока —

внутренним со­противлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно за­кону Ома между ее концами должна существовать раз­ность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

или

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональ­на ЭДС в цепи и обратно пропорциональ­на общему сопротивлению цепи.

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

 

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
   • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
   • Формула: I=\frac{U}{R}
2. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
   • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
   • Формула: U=IR
3. R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
   • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
   • Формула R=\frac{U}{I}

 

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

 

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

 

Формула I=\frac{\varepsilon}{R+r}

• \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

 

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

.

 

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

---

 

Смотри также:

 

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Закон Ома для полной цепи | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Рис. 5.19. Внутренняя и внешняя части электрической цепи

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R (рис. 5.19).

Закон Ома для полной цепи устанав­ливает зависимость силы тока в замкнутой цепи

I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоу­ля-Ленца. Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными час­тицами переносится заряд Δq, то работа сторонних сил

A_ст. = ƐΔq = ƐIΔt.

Если в цепи электрическая энергия прев­ращается лишь в тепловую, то по закону со­хранения энергии А_ст. = Q и общее коли­чество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, вы­деляющихся во внешней и внутренней час­тях цепи

Q = I²RΔt + I²rΔt.

Если

A_ст. = Q = (Ɛ / R + r) • IΔt,

то

ƐIΔt = I²RΔt + I²rΔt.

Итак,

Ɛ = IR + Ir

и

I = Ɛ / (R + r),

что и выражает закон Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной цепи. Сила тока в замкнутой цепи измеряется отно­шением электродвижущей силы источника тока, имеющегося в этой цепи, к полному ее сопротивлению.

Из сказанного выше можно сделать вы­вод, что

закон Ома для полной цепи являет­ся одним из выражений закона сохранения энергии.

Во многих случаях для характеристики источников тока недостаточно использовать лишь ЭДС. Пусть, например, необходимо установить, ток какой максимальной силы может дать определенный источник тока. Если исходить из закона Ома для полной цепи

I = Ɛ / (R + r), Материал с сайта http://worldofschool.ru

то очевидно, что максимальной сила тока в цепи будет тогда, когда внешнее сопротивление цепи R стремится к нулю — это короткое замыкание в цепи. При этом ток короткого замыкания имеет силу I_max = Ɛ / r, поскольку Ɛ и r изменить для данного источника мы не можем, они яв­ляются характеристиками источника.

Если представить, что сопротивление вне­шней части цепи стремится к бесконеч­ности (цепь становится разомкнутой), то напряжение на полюсах источника тока

IR стремится к электродвижущей силе, то есть:

электродвижущая сила источника тока равна напряжению на полюсах разомкнутого источ­ника.

На этой странице материал по темам:

• Закон ома для полной цепи эссе

• Закон ома шпора

• Закон ома для полной цепи при параллельном соединении

• Запишите формулу закона ома для полной цепи.

• Реферат на тему -закон ома на полной цепи википедия

Вопросы по этому материалу:

• Как определяется работа сторонних сил?

• Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

• Запишите формулу закона Ома для полной цепи.

• Что такое ток короткого замыкания?

• Как можно опре­делить ток короткого замыкания?

• Как связаны между собой максимально возможное напряжение на полюсах источника и электродвижущая сила источника?

Закон Ома для участка цепи, формула, определение

Закон Ома для участка цепи, безусловно, можно описать известной из школьного курса физики формулой: I=U/R, но некоторые изменения и уточнения внести, думаю, стоит.

Возьмем замкнутую электрическую цепь (рисунок 1) и рассмотрим ее участок между точками 1-2. Для простоты я взял участок электрической цепи, не содержащий источников ЭДС (Е).

Итак, закон Ома для рассматриваемого участка цепи имеет вид:

φ1-φ2=I*R, где

• I — ток, протекающий по участку цепи.
• R — сопротивление этого участка.
• φ1-φ2 — разность потенциалов между точками 1-2.

Если учесть, что разность потенциалов это напряжение, то приходим к производной формулы закона Ома, которая приведена в начале страницы: U=I*R

Это формула закона Ома для пассивного участка цепи (не содержащего источников электроэнергии).

В неразветвленной электрической цепи (рис.2) сила тока во всех участках одинакова, а напряжение на любом участке определяется его сопротивлением:

• U₁=I*R₁
• U₂=I*R₂
• Un=I*Rn
• U=I*(R₁+R₂+. ..+Rn

Отсюда можно получить формулы, которые пригодятся при практических вычислениях. Например:

U=U₁+U₂+…+Un или U₁/U₂/…/Un=R₁/R₂/…/Rn

Расчет сложных (разветвленных) цепей осуществляется с помощью законов Кирхгофа.

ПРАВИЛО ЗНАКОВ ДЛЯ ЭДС

Перед тем как рассмотреть закон Ома для полной (замкнутой) цепи приведу правило знаков для ЭДС, которое гласит:

Если внутри источника ЭДС ток идет от катода (-) к аноду (+) (направление напряженности поля сторонних сил совпадает с направлением тока в цепи, то ЭДС такого источника считается положительной (рис.3.1). В противном случае — ЭДС считается отрицательной (рис.3.2).

Практическим применением этого правила является возможность приведения нескольких источников ЭДС в цепи к одному с величиной E=E₁+E₂+…+En, естественно, с учетом знаков, определяемых по вышеприведенному правилу. Например (рис. 3.3) E=E₁+E₂-E₃.

При отсутствии встречно включенного источника E3 (на практике так почти никогда не бывает) имеем широко распространенное последовательное включение элементов питания, при котором их напряжения суммируются.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ

Закон Ома для полной цепи — его еще можно назвать закон ома для замкнутой цепи, имеет вид I=E/(R+r).

Приведенная формула закона Ома содержит обозначение r, которое еще не упоминалось. Это внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Оно достаточно мало, в большинстве случаев при практических расчетах им можно пренебречь (при условии, что R>>r — сопротивление цепи много больше внутреннего сопротивления источника). Однако, когда они соизмеримы, пренебрегать величиной r нельзя.

Как вариант можно рассмотреть случай, при котором R=0 (короткое замыкание). Тогда приведенная формула закона Ома для полной цепи примет вид: I=E/r, то есть величина внутреннего сопротивления будет определять ток короткого замыкания. Такая ситуация вполне может быть реальной.

Закон Ома рассмотрен здесь достоточно бегло, но приведенных формул достаточно для проведения большинства расчетов, примеры которых, по мере размещения других материалов я буду приводить.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов




ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

Если свободные заряды перемещаются в электрической цепи по замкнутой траектории, то такую цепь называют полной или замкнутой.

При этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в тепловую, механическую или энергию химических связей. Так как работа электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда равна нулю, то только силы электростатического поля не могут обеспечить постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался, необходимо включить в неё источник тока (см. рис. а), внутри которого перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. Сторонние силы — силы неэлектростатического происхождения, действующих на заряды со стороны источника тока. Природа сторонних сил может быть различной (кроме неподвижных зарядов):

1) химические реакции – в гальванических элементах (батарейках), аккумуляторах (сторонние силы возникают в результате химических реакций между электродами и жидким электролитом),

2) электромагнитной – в генераторах. При этом генераторы могут использовать а) механическую энергию – ГЭС, б) ядерную – АЭС, в) тепловую – ТЭС, г) приливов и отливов – ПЭС, д) ветровую – ВЭС и т.д. (силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле).

3) использование фотоэффекта – фото-ЭДС в калькуляторах и солнечных батареях (в фотоэлементах сторонние силы возникают при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ),

4) пьезоэффект – пьезо-ЭДС, например, в пьезозажигалках,

5) контактная разность потенциалов – термо-ЭДС в термопарах и т. д.

Например, в цепи на рис. а, свободные заряды, перемещаются от тела А к телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Сторонние силы в источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга, совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс) источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс – отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис. б. Очевидно, что чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы совершили сторонние силы по разделению зарядов, т.к. работа против кулоновских сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение работы, А_ст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой электродвижущей силой (ЭДС) источника,

.

 

Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в вольтах.

Сопротивление источника тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой. Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику тока (см. рис. а).

Чтобы определить, как зависит сила тока от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис. а, нарисуем эквивалентную схему (см. рис. в), где R соответствует сопротивлению проводника между А и Б, (внешняя цепь), а r – внутреннему сопротивлению источника тока. Согласно закону Джоуля-Ленца работа  А_полн тока, протекающего по замкнутой цепи, за интервал времени t равна: А_полн = I^2.R^.t + I^2.r^.t .  Из закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе сторонних сил А_стор = Ɛ^. q = Ɛ^.It . Приравняв А_полн и А_стор, получаем следующее выражение для 

которое называют законом Ома для полной цепи.

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

где величина Ir— падение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.

3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

Легко показать, что, если полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то для вычисления силы тока следует вместо Ɛ взять алгебраическую сумму ЭДС всех этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по часовой стрелке (рис. г). Если при таком обходе мы идём от положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного источника следует суммировать со знаком минус.  

  Более подробную информацию смотри ЗДЕСЬ.


Репетитор-онлайн — подготовка к ЦТ

Пример 11. Шесть одинаковых резисторов по 20 Ом каждый и два конденсатора с электроемкостями 15 и 25 мкФ соединены в цепь так, как показано на рисунке. К концам участка подключают источник с ЭДС, равной 0,23 кВ, и внутренним сопротивлением 3,5 Ом. Найти разность потенциалов между обкладками второго конденсатора.

Решение. Между точками A и Б ток не протекает, так как между этими точками в схему включены конденсаторы. Для определения разности потенциалов между указанными точками упростим схему, исключив из рассмотрения участок АБ.

На рис. а показана схема упрощенной цепи.

Ток течет через резисторы R ₁, R ₂, R ₃, R ₄ и R ₆, соединенные последовательно. Общее сопротивление такой цепи:

R _общ = R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₆ = 5R,

где R ₁ = R ₂ = R ₃ = R ₄ = R ₆ = R.

Сила тока I определяется законом Ома для полной цепи:

I=ℰRобщ+r=ℰ5R+r,

где ℰ — ЭДС источника тока, ℰ = 0,23 кВ; r — внутреннее сопротивление источника тока, r = 3,5 Ом; R _общ — общее сопротивление цепи, R _общ = 5R.

Рассчитаем падение напряжения между точками А и Б.

Между точками А и Б находятся резисторы сопротивлениями R ₂, R ₃ и R ₄, соединенные между собой последовательно, как показано на рис. б.

Их общее сопротивление

R _общ1 = R ₂ + R ₃ + R ₄ = 3R.

Падение напряжения на указанных резисторах определяется формулой

U _АБ = IR _общ1,

или в явном виде, —

UАБ=3ℰR5R+r.

Между точками А и Б включена батарея конденсаторов C ₁ и C ₂, соединенных между собой последовательно, как показано на рис. в.

Их общая электроемкость

Cобщ=C1C2C1+C2,

где C ₁ — электроемкость первого конденсатора, C ₁ = 15 мкФ; C ₂ — электроемкость второго конденсатора, C ₂ = 25 мкФ.

Разность потенциалов на обкладках батареи:

Uобщ=qCобщ,

где q — заряд на обкладках каждого из конденсаторов (совпадает с зарядом батареи при последовательном соединении конденсаторов), q = = C ₁U ₁ = C ₂U ₂; U ₁ — разность потенциалов между обкладками первого конденсатора; U ₂ — разность потенциалов между обкладками второго конденсатора (искомая величина).

В явном виде разность потенциалов между обкладками конденсаторов определяется формулой

Uобщ=C2U2Cобщ=(C1+C2)U2C1.

Падение напряжения на резисторах между точками А и Б совпадает с разностью потенциалов на батарее конденсаторов, подключенной к указанным точкам:

U _АБ = U _общ.

Данное равенство, записанное в явном виде

3ℰR5R+r=(C1+C2)U2C1,

позволяет получить выражение для искомой величины:

U2=3ℰRC1(5R+r)(C1+C2).

Произведем вычисление:

U2=3⋅0,23⋅103⋅20⋅15⋅10−6(5⋅20+3,5)(15+25)⋅10−6=50 В.

Между обкладками второго конденсатора разность потенциалов составляет 50 В.

Как рассчитать силу тока в последовательной цепи

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор S. Hussain Ather

Цепи серии

соединяют резисторы таким образом, что ток, измеряемый по амплитуде или силе тока, проходит по одному пути в цепи и остается постоянным на всем протяжении . Ток течет в противоположном направлении электронов через каждый резистор, которые препятствуют потоку электронов, один за другим в одном направлении от положительного конца батареи к отрицательному.Нет внешних ветвей или путей, по которым может проходить ток, как в параллельной цепи.

Примеры цепей серии

Цепи серии

широко используются в повседневной жизни. Примеры включают некоторые типы рождественских или праздничных огней. Другой распространенный пример — выключатель света. Кроме того, компьютеры, телевизоры и другие бытовые электронные устройства работают по концепции последовательной цепи.

Сила тока (или ампер) в последовательной цепи

Вы можете рассчитать амплитуду в амперах или амперах, заданную переменной A, последовательной цепи, суммируя сопротивление каждого резистора в цепи как R и суммируя падения напряжения как В , затем решая I в уравнении В = I / R , в котором В, — напряжение батареи в вольтах, I — это ток, а R — полное сопротивление резисторов в омах (Ом).Падение напряжения должно быть равно напряжению батареи в последовательной цепи.

Уравнение V = I / R , известное как закон Ома, также справедливо для каждого резистора в цепи. Ток в последовательной цепи постоянный, что означает, что он одинаков на каждом резисторе. Вы можете рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, используя закон Ома. При последовательном включении напряжение батарей увеличивается, что означает, что они служат меньше времени, чем если бы они были подключены параллельно.

Принципиальная схема серии

и формула

••• Syed Hussain Ather

В приведенной выше схеме каждый резистор (обозначенный зигзагообразными линиями) подключен к источнику напряжения, батарее (обозначенной + и — окружающие отключенные линии), последовательно. Ток течет в одном направлении и остается постоянным в каждой части цепи.

Если вы просуммируете каждый резистор, вы получите полное сопротивление 18 Ом (Ом, где Ом — это мера сопротивления).{-t / (RC)}

, в котором В, — в вольтах, R, — в омах, C, — в фарадах, t — время в секундах, и I в амперах. Здесь e относится к постоянной Эйлера e .

Общая емкость последовательной цепи равна

\ frac {1} {C_ {total}} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + …

дюйм которые каждая инверсия каждого отдельного конденсатора суммируется с правой стороны ( 1 / C ₁ , 1 / C ₂ и т. д.{-tR / L}

, в котором общая индуктивность L является суммой значений индуктивностей отдельных катушек индуктивности, измеренных в единицах Генри. Когда последовательная цепь накапливает заряд при протекании тока, катушка индуктивности, которая обычно окружает магнитный сердечник, генерирует магнитное поле в ответ на протекание тока. Их можно использовать в фильтрах и генераторах,

Series против параллельных цепей

При работе с параллельными цепями, в которых ток разветвляется через разные части цепей, вычисления «меняются местами».”Вместо определения общего сопротивления как суммы отдельных сопротивлений, общее сопротивление определяется как

\ frac {1} {R_ {total}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2 } + …

(аналогично вычислению полной емкости последовательной цепи).

Напряжение, а не ток, постоянно во всей цепи. Общий ток параллельной цепи равен сумме токов в каждой ветви. Вы можете рассчитать как ток, так и напряжение, используя закон Ома ( В = I / R ).

••• Syed Hussain Ather

В приведенной выше параллельной схеме полное сопротивление определяется следующими четырьмя шагами:

1. 1 / R _всего = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
2. 1 / R _всего = 1/1 Ом + 1/4 Ом + 1/5 Ом
3. 1 / R _всего = 20/20 Ом + 5/20 Ом + 4/20 Ом
4. 1 / R _всего = 29/20 Ом
   
5. R _всего = 20/29 Ом или около.69 Ом

В приведенном выше расчете обратите внимание, что вы можете перейти к шагу 5 из шага 4 только тогда, когда есть только один член слева ( 1 / R _всего ) и только один член справа сторона (29/20 Ом).

Аналогично, общая емкость в параллельной цепи — это просто сумма каждого отдельного конденсатора, а общая индуктивность также дается обратной зависимостью ( 1 / L всего = 1 / L 1 + 1 / L 2 +… ).

Зависимость постоянного тока от переменного

В цепях ток может течь постоянно, как в случае постоянного тока (DC), или колебаться волнообразно в цепях переменного тока (AC). В цепи переменного тока ток в цепи меняется с положительного на отрицательное.

Британский физик Майкл Фарадей продемонстрировал силу постоянного тока с помощью динамо-электрогенератора в 1832 году, но он не мог передавать его мощность на большие расстояния, а напряжения постоянного тока требовали сложных схем.

Когда сербско-американский физик Никола Тесла в 1887 году создал асинхронный двигатель, использующий переменный ток, он продемонстрировал, как он легко передается на большие расстояния и может преобразовываться между высокими и низкими значениями с помощью трансформаторов — устройства, используемого для изменения напряжения. Достаточно скоро, примерно на рубеже 20-го века, домашние хозяйства по всей Америке начали отказываться от постоянного тока в пользу переменного тока.

В настоящее время электронные устройства используют как переменный, так и постоянный ток, когда это необходимо. Постоянный ток используется с полупроводниками для небольших устройств, которые нужно только включать и выключать, например ноутбуков и сотовых телефонов.Напряжение переменного тока передается по длинным проводам, прежде чем оно преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя или диода для питания таких приборов, как лампочки и батареи.

Как рассчитать допустимую нагрузку электрической цепи

Понимание емкости и нагрузки становится необходимым, если вы планируете электроснабжение нового дома или если вы рассматриваете возможность модернизации электроснабжения старого дома. Понимание потребностей в нагрузке позволит вам выбрать электрическую службу соответствующей мощности.В старых домах очень часто существующие услуги сильно занижены для нужд всех современных приборов и функций, используемых в настоящее время.

Что такое электрическая нагрузка?

Термин « электрическая нагрузка» относится к общему количеству энергии, обеспечиваемой основным источником электричества для использования в ответвленных цепях вашего дома и подключенных к ним осветительных приборах, розетках и приборах.

Общая электрическая мощность электросети измеряется в амперах (амперах).В очень старых домах с трубчатой ​​проводкой и ввинчиваемыми предохранителями вы можете обнаружить, что оригинальные электрические сети выдают 30 ампер. Чуть более новые дома (построенные до 1960 года) могут рассчитывать на 60 ампер. Во многих домах, построенных после 1960 года (или модернизированных старых домах), стандартная мощность 100 ампер. Но в больших, более новых домах теперь как минимум 200 ампер, а на самом верхнем уровне вы можете увидеть, что электричество на 400 ампер установлено.

Как вы узнаете, адекватны ли ваши текущие электрические услуги, или как вы планируете новые электрические услуги? Для определения этого требуется небольшая математика, чтобы сравнить общую доступную емкость с вероятной нагрузкой , которая будет размещена на этой емкости.

Ель / Нуша Ашджаи

Общие сведения об электрической емкости

Чтобы рассчитать, сколько энергии нужно вашему дому, нужно рассчитать нагрузку в амперах для всех различных приборов и приспособлений, а затем создать запас прочности. Как правило, рекомендуется, чтобы нагрузка никогда не превышала 80 процентов мощности электросети.

Чтобы использовать математику, вам нужно понимать взаимосвязь между ваттами, вольтами и амперами. У этих трех общих электрических терминов есть математическая взаимосвязь, которую можно выразить двумя разными способами:

• Вольт x Ампер = Ватт
• Ампер = Ватт / Вольт

Эти формулы можно использовать для расчета мощности и нагрузок отдельных цепей, а также для всей электрической сети.Например, общая мощность 20-амперной и 120-вольтовой ответвленной цепи составляет 2400 ватт (20 ампер x 120 вольт). Поскольку стандартная рекомендация заключается в том, чтобы общая нагрузка не превышала 80 процентов от мощности, это означает, что реальная мощность 20-амперной схемы составляет 1920 Вт. Таким образом, чтобы избежать опасности перегрузки, все осветительные приборы и подключаемые к электросети устройства вместе в этой цепи должны потреблять не более 1920 Вт мощности.

Достаточно легко прочитать номинальные мощности всех лампочек, телевизоров и других приборов в цепи, чтобы определить вероятность перегрузки цепи.Например, если вы регулярно подключаете обогреватель мощностью 1500 Вт в цепь и включаете в одну цепь несколько осветительных приборов или ламп со 100-ваттными лампами, вы уже израсходовали большую часть безопасной мощности в 1920 Вт.

Эту же формулу можно использовать для определения мощности всей системы электроснабжения дома. Поскольку основное напряжение в доме составляет 240 вольт, математические расчеты выглядят следующим образом:

• 240 В x 100 А = 24000 Вт
• 80 процентов от 24 000 Вт = 19 200 Вт

Другими словами, ожидается, что электрическая сеть на 100 А обеспечит мощность нагрузки не более 19 200 Вт в любой момент времени.

Расчет нагрузки

После того, как вы узнаете мощность отдельных цепей и полную электрическую сеть дома, вы можете сравнить ее с нагрузкой, которую вы можете рассчитать, просто сложив номинальные мощности всех различных приспособлений и приборов, которые будут потреблять энергию в в то же время.

Вы можете подумать, что это включает в себя сложение мощности всех лампочек осветительных приборов, всех подключаемых устройств и всех проводных устройств, а затем сравнение этой мощности с общей мощностью.Но редко все электроприборы и приспособления работают одновременно — например, нельзя запускать печь и кондиционер одновременно; маловероятно, что вы будете пылесосить, пока работает тостер. По этой причине у профессиональных электриков обычно есть альтернативные методы определения подходящего размера для электрического обслуживания. Вот один из часто используемых методов:

1. Сложите мощность всех ответвленных цепей общего освещения.
2. Добавьте номинальную мощность всех штепсельных розеток.
3. Добавьте номинальную мощность всех постоянных приборов (плиты, сушилки, водонагреватели и т. Д.)
4. Вычтите 10,000.
5. Умножьте это число на 0,40
6. Добавьте 10,000.
7. Найдите полную номинальную мощность постоянных кондиционеров и номинальную мощность нагревательных приборов (печь плюс обогреватели), затем добавьте в зависимости от того, какое из этих двух чисел больше . (Вы не нагреваете и охлаждаете одновременно, поэтому не нужно складывать оба числа.)
8. Разделите сумму на 240.

Это результирующее число дает предполагаемую силу тока, необходимую для адекватного питания дома. С помощью этой формулы вы можете легко оценить текущее электрическое обслуживание.

Другие электрики предлагают еще одно простое практическое правило:

• 100-амперная сеть, как правило, достаточно велика, чтобы питать общие электрические цепи небольшого и среднего размера дома, а также одно или два электроприбора, таких как плита, водонагреватель или сушилка для белья.Этой услуги может хватить для дома площадью менее 2500 квадратных футов, если отопительные приборы работают на газе.
Служба
• на 200 ампер будет обрабатывать ту же нагрузку, что и сеть на 100 ампер, плюс электрические приборы и электрическое отопительное / охлаждающее оборудование в домах площадью до 3000 квадратных футов.
• Обслуживание на 300 или 400 ампер рекомендуется для больших домов (более 3500 квадратных футов) с полностью электрическими приборами и электрическим нагревательным / охлаждающим оборудованием. Этот размер рекомендуется, если ожидаемая электрическая тепловая нагрузка превышает 20 000 Вт.Обслуживание на 300 или 400 ампер обычно обеспечивается установкой двух сервисных панелей — одна обеспечивает 200 ампер, а вторая — еще 100 или 200 ампер.

План на будущее

Как правило, рекомендуется увеличивать размер электрической службы, чтобы сделать возможным расширение в будущем. Точно так же, как 100-амперный сервис быстро стал малоразмерным, когда электрические приборы стали обычным явлением, сегодняшнее 200-амперное обслуживание может когда-нибудь показаться сильно малоразмерным, когда вы обнаружите, что заряжаете два или три электромобиля.Негабаритные электрические услуги также позволят установить дополнительную панель в ваш гараж или сарай, если вы когда-нибудь решите заняться деревообработкой, сваркой, гончарным делом или другим хобби, требующим большого количества энергии.

Как рассчитать безопасную допустимую электрическую нагрузку

У всех нас в доме есть куча электроприборов, и у многих, если не у всех, есть какой-то двигатель. Это могут быть печи, посудомоечные машины, кондиционеры, отстойники, мусоропроводы и микроволновые печи.Согласно электрическому кодексу, каждому из этих моторизованных устройств требуется выделенная цепь только для их собственного использования. Постоянные нагревательные приборы также имеют довольно большую электрическую нагрузку, и большинству из них требуются собственные специальные цепи. Если разрешить этим приборам совместно использовать цепь с другими устройствами, это может легко привести к перегрузке цепи, поскольку по своей природе они потребляют довольно большую мощность, особенно при первом запуске. В старых домах, в которых не обновлялась проводка, такие приборы часто устанавливают в цепях, используемых совместно с другими устройствами, и в этих ситуациях довольно часто срабатывают автоматические выключатели или перегорают предохранители.

Вот некоторые из устройств, для которых могут потребоваться специальные электрические цепи (точные требования уточняйте в местных строительных нормах):

• Микроволновая печь
• Электрический духовой шкаф
• Вывоз мусора
• Посудомоечная машина
• Стиральная машина
• Уплотнитель мусора
• Холодильник
• Кондиционер комнатный
• Печь
• Водонагреватели электрические
• Плиты электрические
• Сушилка для белья электрическая
• Центральный кондиционер

Так как же узнать, какой размер схемы требуется для каждого устройства? Например, если вы уменьшите размер контура, питающего большой центральный кондиционер, вы можете оказаться в ситуации, когда контур вашего кондиционера отключается всякий раз, когда он работает на максимальной мощности.Расчет правильного размера для выделенной цепи устройства включает в себя расчет максимальной потребляемой мощности, которая будет размещена в цепи, затем выбор размера цепи, который соответствует этой потребности, плюс запас безопасности.

Емкость цепи

Вычисление электрических требований или требований прибора начинается с понимания простой взаимосвязи между усилителями, ваттами и вольтами — тремя ключевыми средствами измерения электричества. Принцип взаимосвязи, известный как закон Ома, гласит, что сила тока (А) x вольт (В) = ватт (Вт).Используя этот простой принцип взаимосвязи, вы можете рассчитать доступную мощность цепи любого заданного размера:

• 15-амперная 120-вольтовая цепь : 15 ампер x 120 вольт = 1800 Вт
• Схема 20 А, 120 В : 20 А x 120 В = 2400 Вт
• 25-амперная 120-вольтовая цепь : 25 ампер x 120 вольт = 3000 Вт
• Схема 20 А, 240 В : 20 А x 240 В = 4800 Вт
• Схема 25 А, 240 В : 25 А x 240 В = 6000 Вт
• Схема 30 А, 240 В : 30 А x 240 В = 7200 Вт
• Схема 40 А, 240 В : 40 А x 240 В = 9600 Вт
• Схема 50 А, 240 В : 50 А x 240 В = 12000 Вт
• Схема 60 А, 240 В : 60 А x 240 В = 14400 Вт

Простую формулу A x V = W можно переформулировать несколькими способами, например W ÷ V = A или W ÷ A = V.

Как рассчитать нагрузку цепи

Выбор правильного размера для выделенной цепи устройства требует довольно простой арифметики, чтобы убедиться, что потребляемая мощность устройства находится в пределах возможностей цепи. Нагрузку можно измерить в амперах или ваттах, и ее довольно легко рассчитать на основе информации, напечатанной на этикетке с техническими характеристиками двигателя устройства.

Двигатели имеют паспортную табличку, которая указана на боковой стороне двигателя.В нем указаны тип, серийный номер, напряжение, будь то переменный или постоянный ток, частота вращения и, что наиболее важно, номинальная сила тока. Если вам известны номинальное напряжение и сила тока, вы можете определить мощность или общую мощность, необходимую для безопасной работы этого двигателя. Номинальная мощность отопительных приборов обычно указана на лицевой панели.

Пример расчета схемы

Например, представьте себе простой фен мощностью 1500 Вт, подключенный к 120-вольтовой розетке в ванной.Используя вариацию закона Ома W ÷ V = A, вы можете рассчитать, что 1500 Вт ÷ 120 вольт = 12,5 ампер. Ваш фен, работающий на максимальную температуру, может потреблять 12,5 ампер. Но если учесть, что вентиляционный вентилятор и осветительный прибор для ванной комнаты также могут работать одновременно, вы можете увидеть, что схема для ванной комнаты на 15 ампер и общей мощностью 1800 Вт может быть трудно справиться с такой нагрузкой.

Давайте представим, что в нашей образцовой ванной комнате есть вытяжной вентилятор, потребляющий 120 Вт мощности, осветительный прибор с тремя лампочками по 60 Вт (всего 180 Вт) и электрическая розетка, к которой можно подключить фен на 1500 Вт.Все это легко может потреблять энергию одновременно. Вероятная максимальная нагрузка на эту схему может достигать 1800 Вт, что соответствует максимуму, с которым может справиться схема на 15 А (обеспечивающая 1800 Вт). Но если вы поместите одну 100-ваттную лампочку в светильник для ванной, вы создадите ситуацию, когда сработает автоматический выключатель.

Электрик обычно рассчитывает нагрузку цепи с 20-процентным запасом прочности, следя за тем, чтобы максимальная нагрузка на прибор и оборудование в цепи составляла не более 80 процентов от доступной силы тока и мощности, обеспечиваемых схемой.В нашей образцовой ванной комнате 20-амперная схема, обеспечивающая мощность 2400 Вт, может довольно легко справиться с потребляемой мощностью 1800 Вт с 25-процентным запасом прочности. Это причина, по которой большинство электрических кодексов требуют ответвления на 20 ампер для обслуживания ванной комнаты. Кухни — еще одно место, где 120-вольтовые ответвления, обслуживающие розетки, практически всегда являются 20-амперными. В современных домах, как правило, только цепи общего освещения по-прежнему подключаются по 15-амперным цепям.

Схемы выделенных устройств

Точно такой же принцип используется для расчета потребности в цепи, обслуживающей один прибор, такой как микроволновая печь, мусоропровод или кондиционер.Большая микроволновая печь со встроенным вентилятором и осветительной арматурой может легко потребовать от 1200 до 1500 Вт мощности, и электрик, подключив выделенную цепь для этого устройства, скорее всего, установит схему на 20 А, которая обеспечивает доступную мощность 2400 Вт. С другой стороны, большой мусоропровод мощностью 1 л.с., потребляющий 7 ампер (840 Вт), может легко обслуживаться специальной 15-амперной схемой с доступной мощностью 1800 Вт.

Тот же метод расчета можно использовать для любой выделенной цепи прибора, обслуживающей один прибор.Например, электрический водонагреватель на 240 В и мощностью 5 500 Вт можно рассчитать следующим образом: A = 5 500 ÷ 240 или A = 22,9. Но поскольку для схемы требуется 20-процентный запас прочности, она должна обеспечивать не менее 27,48 ампер (120 процентов от 22,9 = 27,48 ампер). Электрик установит цепь на 30 ампер и 240 вольт для обслуживания такого водонагревателя.

Большинство электриков немного завышают размер выделенной цепи, чтобы учесть будущие изменения. Например, если у вас довольно небольшая микроволновая печь на 800 Вт, электрик обычно устанавливает схему на 20 А, даже если схема на 15 А. может легко справиться с этим прибором.Это сделано для того, чтобы схема могла работать с будущими приборами, которые могут быть больше, чем те, которые у вас есть сейчас.

Как определить размер вашей основной электрической службы

Основная электрическая сеть, доставленная в ваш дом от электросетевой компании, имеет общую доступную мощность, измеряемую в амперах, или ампер . В большинстве домов есть электрическая сеть от 100 до 200 ампер. Сила тока — это измерение объема электричества, протекающего по проводам, и это измерение может варьироваться от 30 ампер в очень старых домах, которые не обновлялись, до целых 400 ампер в очень большом доме с обширными системами электрического отопления.

Знание размера службы электроснабжения дома может помочь вам узнать, требуется ли обновление или достаточно ли объем службы, чтобы справиться с обновлением, например, реконструированная кухня или добавление комнаты.

Как электрический ток достигает вашего дома

Электрооборудование поступает в ваш дом от электросети через два 120-вольтовых служебных провода, которые обеспечивают общую мощность 240 вольт (напряжение — это измерение давления или скорости потока электричества). Основные служебные провода идут к вашему дому либо через воздушные служебные провода, которые входят в служебную мачту и проходят вниз через электрический счетчик в ваш дом, либо через подземные провода, которые также проходят через электрический счетчик.Первая остановка для электрического обслуживания, когда он входит в ваш дом, — это главная сервисная панель .

Смотреть сейчас: как определить размер вашей основной электрической службы

Что делает главная панель обслуживания

Главная сервисная панель — это распределительный центр, который разделяет основные электрические сети на отдельные ответвления, которые проходят через ваш дом для питания освещения, розеток и отдельных приборов. Основная служебная панель обычно представляет собой серый металлический ящик, расположенный где-то на внутренней поверхности внешней стены.Часто встречается в подсобных помещениях, таких как гараж, подвал или топка. Когда он находится в готовом жилом помещении, он иногда содержится в готовом шкафу, установленном на стене. Сервисные панели также могут быть расположены на открытом воздухе, обычно на внешней стене дома.

Основная сервисная панель включает в себя две горячие шины, которые проходят бок о бок вниз по панели. Шины питаются от большого выключателя, называемого главным выключателем. Каждая шина выдерживает 120 вольт. Ответвленная домашняя цепь, подключенная только к одной шине, будет обеспечивать мощность 120 вольт, в то время как цепь, подключенная к обеим шинам, будет обеспечивать мощность 240 вольт.

Блок предохранителей

и панель автоматического выключателя

В большинстве домов на главной сервисной панели используются автоматические выключатели , которые контролируют и защищают отдельные цепи. Автоматические выключатели — это специально разработанные предохранительные выключатели, которые не позволяют отдельным ответвленным цепям потреблять больше энергии, чем провода цепи могут безопасно выдержать. Практически во всех домах, построенных с начала 1960-х годов, в качестве метода распределения энергии используются автоматические выключатели. В старых домах также есть панели автоматических выключателей, если их электрическое обслуживание было обновлено после 1960 года.

Если электрическая сеть была установлена ​​до начала 1960-х годов и не обновлялась, она может использовать другой стиль распределения энергии — панель предохранителей, которая защищает отдельные цепи с помощью ввинчиваемых или патронных предохранителей.

Использование панелей предохранителей и автоматических выключателей для электропроводки в жилых помещениях следует исторической схеме:

• Панель с предохранителями на 30 А: Установленные до 1950 года, эти сервисные панели обеспечивают ток только 120 В. Такой сервис обеспечивает недостаточную мощность для современного использования и, как правило, требует обновления.
• Панель с предохранителями на 60 ампер: Панели с предохранителями на 60 ампер, установленные с 1950 по 1965 год, обеспечивают питание 240 вольт, но их все еще недостаточно для большинства домов. Обычно требуется обновление.
• Панель автоматического выключателя : С начала 1960-х годов дома, как правило, были подключены с помощью панелей автоматического выключателя, обеспечивающих ток 240 вольт. Ранние услуги могут обеспечивать мощность 60 ампер, в то время как большие дома, построенные сегодня, могут иметь мощность 200 ампер и более. Дома с питанием от 60 или 100 ампер часто требуют обновления электрического обслуживания во время крупных проектов реконструкции или расширения.

Расчет электроэнергии | Закон Ома

Узнайте формулу силы

Мы видели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на ток в «амперах», мы получаем ответ в «ваттах». Давайте применим это к примеру схемы:

Как использовать закон Ома для определения силы тока

В приведенной выше схеме мы знаем, что у нас напряжение батареи 18 В и сопротивление лампы 3 Ом.Используя закон Ома для определения силы тока, получаем:

Теперь, когда мы знаем ток, мы можем взять это значение и умножить его на напряжение, чтобы определить мощность:

Это говорит нам о том, что лампа рассеивает (выделяет) 108 Вт мощности, скорее всего, в форме света и тепла.

Повышение напряжения батареи

Давайте попробуем взять ту же схему и увеличить напряжение батареи, чтобы увидеть, что произойдет.Интуиция подсказывает нам, что ток в цепи будет увеличиваться с увеличением напряжения, а сопротивление лампы останется прежним. Аналогично увеличится и мощность:

Теперь напряжение батареи 36 вольт вместо 18 вольт. Лампа по-прежнему обеспечивает электрическое сопротивление 3 Ом для прохождения тока. Текущий сейчас:

Это понятно: если I = E / R, и мы удваиваем E, а R остается неизменным, ток должен удвоиться.Действительно, есть: теперь у нас 12 ампер тока вместо 6. А что насчет мощности?

Как повышение напряжения батареи влияет на мощность?

Обратите внимание, что мощность увеличилась так, как мы могли подозревать, но она увеличилась немного больше, чем ток. Почему это? Поскольку мощность является функцией напряжения, умноженного на ток, а напряжение и ток удвоены по сравнению с их предыдущими значениями, мощность увеличится в 2 x 2 или 4 раза.

Вы можете проверить это, разделив 432 Вт на 108 Вт и убедившись, что соотношение между ними действительно равно 4. Снова используя алгебру для манипулирования формулой, мы можем взять нашу исходную формулу мощности и изменить ее для приложений, в которых мы не знаем и того, и другого. напряжение и ток: Если мы знаем только напряжение (E) и сопротивление (R):

Если нам известны только ток (I) и сопротивление (R):

Закон Джоуля против.Закон Ома

Историческая справка: именно Джеймс Прескотт Джоуль, а не Георг Саймон Ом первым открыл математическую связь между рассеиваемой мощностью и током через сопротивление. Это открытие, опубликованное в 1841 году, имело форму последнего уравнения (P = I ² R) и широко известно как закон Джоуля.

Однако эти уравнения мощности так часто ассоциируются с уравнениями закона Ома, связывающими напряжение, ток и сопротивление (E = IR; I = E / R; и R = E / I), что они часто приписываются Ому.

ОБЗОР:

• Мощность измеряется в Вт , обозначается буквой «W».
• Закон Джоуля: P = I ² R; P = IE; P = E ² / R

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Попробуйте наш калькулятор закона Ома в разделе «Инструменты».

Электрические цепи, вольты, амперы, ватты и омы

Очень базовое понимание того, как ведет себя электричество, необходимо для электрического ремонта и жизненно важно для работы с объектами, работающими от сети.Вот основные, объясненные простыми словами.

Сводка

Знание основ теории электричества необходимо для чего-либо, кроме чисто механического ремонта, и значительно поможет в диагностике неисправностей и безопасной работе.

Безопасность

В худшем случае (мокрые руки и стоя в ванне) вы можете убить себя 50V. В нормальных обстоятельствах что-то меньшее не вызовет у вас ничего, кроме неприятного покалывания. Значительно более высокие напряжения, например, из-за накопления статического электричества, могут вызвать неприятный толчок, но могут не убить вас, если они не могут поддерживать достаточный ток.Тем не менее, если толчок заставит вас упасть с лестницы или вызвать другую аварию, он может вместо этого убить вас.

Чрезмерный ток, протекающий по проводу, сделает его горячим. Неконтролируемый, это может вызвать серьезные ожоги или вызвать возгорание.

Приборы с питанием от сети, такие как пылесосы, стиральные машины и электроинструменты, содержат мощные электродвигатели, которые могут легко повредить пальцы.

Электрические схемы — на ходу

Атом состоит из очень плотного ядра, несущего положительный электрический заряд, окруженного облаком электронов, каждый из которых имеет отрицательный электрический заряд. Обычно положительный и отрицательный заряды полностью отменяются. Положительные и отрицательные заряды притягиваются друг к другу, что и удерживает электроны в атоме. И наоборот, подобные заряды отталкивают.

Противоположные заряды притягиваются, как заряды отталкиваются.

В металле некоторые электроны не связаны с каким-либо конкретным атомом, но могут свободно блуждать.Тем не менее, сумма положительных и отрицательных зарядов остается равной в куске металла в целом. Если эти электроны движутся постоянным потоком в одном направлении, например по куску проволоки у нас течет электрический ток.

Поскольку все электроны имеют отрицательный заряд, они отталкиваются друг от друга, и поэтому они действительно ненавидят скопление. Таким образом, если они не могут все вместе пройти полный круг и вернуться к тому месту, откуда они начали, они немедленно отступают от любого препятствия на всем пути назад по кругу до другой стороны препятствия.

Простая электрическая схема.

На рисунке показана очень простая схема, состоящая из батареи, выключателя и лампы фонарика. Переключатель показан разомкнутым, поэтому через него не может проходить электричество, поэтому в цепи не течет никакая энергия. Если вы замкните переключатель и замкните цепь, электрический ток может течь с одной стороны батареи, через переключатель и лампочку и обратно к другой стороне батареи.

Электроны несут отрицательный заряд и поэтому отталкиваются отрицательной клеммой батареи и притягиваются по цепи к положительной клемме.Однако, объясняя схему, мы часто говорим о том, что электричество течет от положительного к отрицательному. Действительно, иногда электрический ток действительно состоит из положительно заряженных атомов, переходящих от положительного к отрицательному. Положительный на отрицательный или отрицательный на положительный, это не имеет значения. Используйте то, что лучше всего поможет вам понять схему.

Вольт — напряжение на

Высокое давление — Jet d’Eau, Женева.

Напряжение похоже на электрическое давление. Если вы положите большой палец на кран в ванной и включите его, вы, вероятно, сможете остановить поток, потому что вы сдерживаете давление воды из бака на чердаке в нескольких футах над головой.Если вы попробуете то же самое с кухонным краном, который, вероятно, будет питаться непосредственно из водопровода, вы, вероятно, сильно промокнете, потому что давление намного выше. Jet d’Eau в Женеве использует огромное давление, чтобы создать фонтан высотой в несколько сотен футов. Представьте, что вы пытаетесь остановить это большим пальцем!

В схеме, которую мы рассмотрели выше, ток в цепи нагнетается аккумулятором. Это может быть элемент АА, который не очень сильно давит. Мы измеряем давление в вольтах, из которых батарея AA даст нам около 1.5, и поэтому он будет обозначен как 1,5 В. Если вы замените батарею в нашей цепи источником в несколько тысяч вольт, давление будет настолько большим, что электричество вызовет искру, которая перепрыгнет через открытый выключатель. И лампочка, наверное, тоже долго не протянет!

Электроэнергия в сети составляет 240 В, чего достаточно для выполнения полезной работы, но не настолько, чтобы перепрыгнуть через выключатель или вырваться из другого места, куда не положено.

Ампер — плыть по течению

Из крана капает — крошечный поток воды.Ниагарский водопад — огромный поток.

Помимо давления (напряжения), нас также будет интересовать, насколько силен поток электричества, то есть сколько электронов проходит через данную точку в секунду. Это ток, измеряемый в амперах, миллиамперах (мА — тысячные доли ампера) или микроампер (мкА — миллионных долях ампера). Помните, поскольку электроны не любят скоплений, ток должен быть одинаковым во всех точках простой цепи.

Опять же, мы можем использовать аналогию с водой. Из крана течет очень небольшой поток воды — на наполнение литровой банки могут уйти часы.С другой стороны, в среднем через Ниагарский водопад проходит около 2400 кубометров воды в секунду. Небольшой солнечный элемент, подобный тем, что используется в солнечных садовых светильниках, может производить только несколько десятков миллиампер тока, но автомобильный аккумулятор может выдавать 100 ампер (написано 100 А) для вращения стартера.

Подобно тому, как вам нужна толстая труба для подачи воды на весь город, вам нужны толстые провода для сильного тока. Провода, подключенные к автомобильному аккумулятору, намного толще, чем у большинства других знакомых вам проводов.

Вт — почувствуйте мощь

Мотор малой мощности изнутри камеры. Турбина от плотины «Три ущелья» в Китае, вырабатывающая огромное количество энергии.

Если вам нужно много энергии, например, для вождения поезда, вы можете получить ее, увеличив напряжение (давление) или ток (поток). Или оба.

Удвоение напряжения при сохранении того же тока удваивает мощность, как и удвоение тока при том же напряжении. Итак, если мы умножим вольты на амперы, мы получим мощность в ваттах (Вт):

Ватт = Вольт x Ампер

Мы также используем киловатты (KW — тысячи ватт) и мегаватты (MW — миллионы ватт).

«Нет тяги переменного тока за пределами этой точки» Южное направление в городе Темзлинк — 3-я линия 750 В постоянного тока, используемая в южной сети. «Предел тяги постоянного тока» в северном направлении в Фаррингдоне — воздушные линии переменного тока 25 000 В, используемые в сети Северного Темзлинка.

Поезда, идущие через Лондон по линии Темзлинк, питаются на северном участке от воздушных линий с напряжением 25 000 В, установленных в 1980-х годах. Но на юге они используют более старую систему третьего рельса, обеспечивающую ту же мощность 750 В. Более высокое напряжение означает, что требуется гораздо меньше тока, и можно использовать гораздо более тонкие провода.Невозможно использовать высокое напряжение на третьем рельсе, так как оно находится всего в нескольких дюймах от ходовых рельсов и земли, и было бы чрезвычайно опасно для рабочих по обслуживанию путей или для любого, кто упадет или вторгнется на путь. Однако третий рельс имеет большую площадь поперечного сечения и поэтому может пропускать сильный ток.

Электроэнергия от сети подается при напряжении 240 В. Таким образом, вилка с предохранителем на 3 А подходит для приборов мощностью до 240 x 3 = 720 Вт. Предохранитель на 13 А рассчитан на мощность до 240 x 13 = 3120 Вт.

Перевернув формулу, вы можете разделить ватты на вольты, чтобы получить ампер. Таким образом, прибор на 1000 Вт потребляет 1000/240 = 4,167 А, поэтому предохранителя на 5 А должно быть достаточно.

Механическая мощность часто измеряется в лошадиных силах (л.с.), но механическую и электрическую мощность можно преобразовать в другую со скоростью 1 л.с. = 746 Вт. Если кто-то жаловался вам, что его чай недостаточно крепкий, вы можете возразить, что он был приготовлен с помощью чайника мощностью 4 л.с., что было бы совершенно верно для чайника мощностью 3 кВт!

Ом — сопротивление не бесполезно

Парашют создает сопротивление потоку воздуха, чтобы замедлить падение парашютиста.

Вы подаете на цепь определенное напряжение. Так что же определяет, какой ток течет и, следовательно, какую мощность вы получаете? Вот где приходит сопротивление!

Возвращаясь к аналогии с водой, если бы у вас был длинный тонкий шланг, вам потребовалось бы довольно большое давление для хорошего потока, но вы могли бы протолкнуть гораздо больше воды через короткую толстую трубу с тем же давлением. Все дело в сопротивлении, которое труба оказывает потоку воды.

Любой кусок проволоки имеет определенное сопротивление, хотя и небольшое, если только он не очень тонкий или очень длинный (или и то, и другое).Сопротивление вызывает потерю энергии, которая проявляется в виде тепла. Элемент в электронагревателе или чайнике намеренно сделан с достаточным сопротивлением, чтобы выделять желаемое тепло.

Сопротивление измеряется в омах. Это количество вольт, которое вам нужно, чтобы включить один ампер в цепь. Другими словами, это вольт на ампер. Так:

Ом = Вольт / Ампер

Если вы разделите напряжение на ток электродвигателя, когда он работает, вы получите гораздо более высокое значение, чем то, которое вы бы измерили с помощью тестового прибора.Это кажущееся сопротивление — это то, что поглощает энергию и превращает ее в механическую энергию. Это происходит потому, что любой двигатель также действует как динамо-машина, генерируя напряжение, противодействующее приложенному напряжению. Измеритель только измеряет сопротивление медного провода внутри двигателя. Точно так же светодиод или передающая антенна демонстрируют сопротивление, представляющее электрическую мощность, преобразованную в свет или радиоволны.

Большинство металлов хорошо проводят электричество и поэтому имеют низкое сопротивление, хотя ничто не имеет нулевого сопротивления при комнатной температуре.Углерод (в виде графита или древесного угля) также проводит. Пластмассы, дерево, стекло, керамика и т. Д. Обычно являются изоляторами, что означает, что они имеют очень высокое сопротивление и почти не проводят электричество, если вообще проводят.

«Короткое замыкание» — это случайное замыкание в обход тех частей цепи, которые содержат сопротивление, которое обычно ограничивает ток. При небольшом сопротивлении может протекать очень сильный и опасный ток, вызывая чрезмерный нагрев любого остающегося сопротивления, например провода, вызывающего короткое замыкание.

Кроме того, кремний называется полупроводником, потому что, хотя в очень чистом виде он почти изолятор, его можно сделать проводящим, выборочно вводя примеси. Но в зависимости от того, имеет ли примесь на один электрон больше или на один меньше, чем у кремния во внешнем слое своих атомов, ток переносится либо отрицательными зарядами (запасными электронами), либо положительными зарядами, движущимися в противоположном направлении (» дыры », оставленные отсутствием электрона, который может двигаться как пузыри).Используя оба типа примесей в разных частях кремниевого чипа, вы можете делать очень хитрые вещи!

Внешние ссылки

Как рассчитать нагрузку схемы: Избегайте перегрузки схемы

Ранее мы поделились простым способом составить схему электрической системы вашего дома. Однако, если это было слишком сложно или вам неудобно, обратитесь к нашим опытным электрикам, которые выполнят эту работу. На этой неделе мы расскажем, как можно рассчитать нагрузку цепи.

Вы составили схему электрических цепей своего дома и теперь можете сказать, какая цепь питает каждое устройство или прибор. Далее идут расчеты. Очень важно и полезно знать, сколько энергии потребляют ваши устройства.

Итоги обучения в области электроэнергетики:

Прежде чем мы начнем, вот краткое описание того, как работает электричество. Электричество измеряется в ваттах. Например, лампа в сто ватт потребляет сто (100) ватт электроэнергии. Ватт — это произведение напряжения и силы тока.

Напряжение измеряется в «вольтах», а сила тока часто выражается в «амперах». Чтобы рассчитать общую нагрузку на цепь, вы должны сложить мощность всех устройств в этой цепи. Лампочки и большинство мелких бытовых приборов имеют метки с буквой «w».

Может ли эта цепь выдержать эту нагрузку ?:

Не прикасайтесь к лампочкам после того, как они горят. Обычно их не нужно откручивать, чтобы узнать мощность. Если на устройстве указан только ток, умножьте количество ампер на сто двадцать (120) вольт.Сто двадцать вольт — это напряжение стандартных цепей.

Включите все устройства, которые постоянно подключены к цепи, а также подключаемые устройства, которые вы не отключаете очень часто. Многие люди не отключают кофемашину, тостер, вентилятор или блендер каждый день.

После расчета нагрузки сравните общую мощность с номинальной нагрузкой этой цепи. Ель говорит: «Цепи с выключателями на 15 минут рассчитаны на 15 ампер». Это означает, что максимальная номинальная нагрузка одной из этих цепей составляет тысячу восемьсот ватт.

Пример: 120 В x 15 А = 1800 Вт

Если вы попытаетесь использовать более восемнадцати сотен ватт, вы перегрузите схему. Все сейчас щелкает? Если вы перегрузите цепь, выключатель сработает в целях вашей безопасности.

Цепи с автоматическими выключателями «20» рассчитаны на двадцать ампер и имеют максимальную нагрузку две тысячи четыреста ватт.

Пример: 120 В x 20 А = 2400 Вт

В основном, сравните, сколько электроэнергии вы используете в настоящее время, общую мощность и номинальную нагрузку для каждой цепи.Например, если у вас есть цепь на пятнадцать ампер, обслуживающая освещение и розетки в гостиной, которая обеспечивает пятьсот ватт для освещения, пятьсот для телевизора и кабельной приставки и двести ватт для оборудования звуковой системы, вы получите всего 1200 Вт.

Но если вы подключите вакуум, когда подключены все эти устройства, вы превысите общую мощность автоматического выключателя в полторы тысячи ватт. Из-за этой перегрузки цепи вы вызовете срабатывание прерывателя, отключая питание.