что относится к электрическим величинам
Что относится к электрическим величинам
Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.
Электрический ток измеряется в амперах (А).
Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.
Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.
Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.
Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).
Производными единицами измерения напряжения являются:
1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.
Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.
Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).
Производными единицами измерения сопротивления являются:
1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.
Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).
Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.
Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:
Производными единицами измерения электрической мощности являются:
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.
Единицами измерения электрической энергии являются:
1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.
Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч
Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Таблица физических величин и их описание:
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
В практике встречаются
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.
Электрические величины и единицы их измерения.
Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.
Электрический ток измеряется в амперах (А).
Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.
Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.
Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.
Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).
Производными единицами измерения напряжения являются:
1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.
Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.
Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).
Производными единицами измерения сопротивления являются:
1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.
Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).
Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.
Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:
Производными единицами измерения электрической мощности являются:
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.
Единицами измерения электрической энергии являются:
1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.
Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч
Таблица 1. Электрические величины и единицы
Основные электрические величины
Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
Сила электрического тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
Единица измерения напряжения электрического тока представляет собой следующее отношение 1В=1Вт/1А.
В практике встречаются следующие варианты единиц измерения электрического потенциала, а точнее разности потенциалов:
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.
В практике встречаются
Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.
Основные электрические величины: заряд, напряжение, ток, мощность, сопротивление
Основные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление и мощность.
Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Полный отрицательный заряд по модулю равен положительному заряду ядра. Следовательно, атом имеет нулевой полный заряд, также говорят, что он электрически нейтрален.
В материалах, которые могут проводить электричество, некоторые электроны отделяются от атомов и имеют возможность передвигаться в проводящем материале. Эти электроны называются подвижными зарядами или носителями заряда.
В полупроводниках, составляющих важный класс материалов, подвижные электроны могут передвигаться двумя способами: или электроны ведут себя просто как отрицательно заряженные носители. Или сложная совокупность многих электронов движется таким образом, как будто в материале имеются положительно заряженные подвижные носители. Фиксированные заряды также могут быть обоих знаков.
Проводящие материалы можно представить как материалы, содержащие подвижные носители заряда (которые могут иметь один из двух знаков) и фиксированные заряды противоположной полярности.
Существуют также материалы, называемые изоляторами, которые не проводят электричества. Все заряды в изоляторе фиксированы. Примерами изоляторов служат воздух, слюда, стекло, тонкие слои окислов, образующихся на поверхностях многих металлов, и, конечно, вакуум (в котором вообще нет зарядов).
Заряд измеряется в кулонах (Кл) и обычно обозначается Q.
Заряд положительного иона представляет собой целое кратное заряда электрона, но имеет противоположный знак. Для частиц, однократно ионизованных, заряд оказывается равным заряду электрона.
Плотность ядра значительно выше, чем плотность электрона. Большая часть объема, занимаемого атомом в целом, является пустой.
Понятие об электрических явлениях
Путем трения двух разнородных тел, а также с помощью наведения (индуцирования) телам могут быть сообщены особые свойства — электрические. Такие тела называют наэлектризованными.
Явления, связанные с взаимодействием наэлектризованных тел, называются электрическими явлениями.
Взаимодействие, между наэлектризованными телами определяется так называемыми электрическими силами, которые отличаются от сил другой природы тем, что они обусловливают взаимное отталкивание и притяжение заряженных тел независимо от скорости их движения.
Этим взаимодействие между заряженными телами отличается, например, от гравитационного, которое характеризуется только притяжением тел, или от сил магнитного происхождения, зависящих от относительной скорости движения зарядов, обусловливающих магнитные явления.
Электротехника в основном изучает законы внешнего проявления свойств наэлектризованных тел — законы электромагнитных полей.
Вследствие сильного притяжения между противоположными зарядами большинство материалов электрически нейтрально. Для разделения положительных и отрицательных зарядов требуется энергия.
На рис. 1 показаны две проводящие, первоначально не заряженные пластины, отстоящие одна от другой на расстояние d. Предполагается, что пространство между пластинами заполнена изолятором, например воздухом, или же они находятся в вакууме.
Мы говорим, что между заряженными пластинами, показанными на рис. 1,б, существует разность потенциалов и что на положительно заряженной верхней пластине потенциал выше, чем на отрицательно заряженной нижней пластине. В общем случае между двумя точками существует разность потенциалов, если осуществление проводимости между этими точками приводит к переносу заряда.
Положительные заряды перемещаются от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, направление движения отрицательных зарядов противоположно — от точки с низким потенциалом к точке с высоким потенциалом.
Для количественного определения напряжения между двумя точками используется понятие электрическое поле. В случае, показанном на рис, 1,б, между пластинами существует однородное электрическое поле, направленное от области с более высоким потенциалом (от положительной пластины) к области с более низким потенциалом (к отрицательной пластине).
Промежуток между интересующими нас точками разбивается на много участков, каждый из которых достаточно мал, чтобы поле в нем было однородно. Затем последовательно к каждому отрезку применяется уравнение U = E х d и разности потенциалов для каждого участка суммируются. Таким образом, для любого распределения зарядов и электрических полей можно найти разность потенциалов между двумя любыми точками.
При определении разности потенциалов необходимо указать не только величину напряжения между двумя точками, но также и то, какая точка имеет больший потенциал. Однако в электрических цепях, содержащих несколько различных элементов, не всегда можно определить заранее, какая точка имеет более высокий потенциал. Чтобы избежать путаницы, необходимо принять условие для знаков (рис. 2).
На рис. 2, б заряженные пластины соединены с клеммами так, то клемма «+» связана с пластиной, имеющей более высокий потенциал. Здесь напряжение U является положительным числом. На рис. 2,в клемма «+» связана с пластиной, имеющей меньший потенциал. В итоге получаем отрицательное напряжение.
Важно помнить об алгебраической форме представления напряжения. Как только определена полярность, положительное напряжение означает, что клемма «+» имеет (более высокий потенциал, а отрицательное напряжение означает, что более высокий потенциал имеет клемма «-«.
На рис. 3 показаны некоторые простые случаи протекания электрического тока, выбрана поверхность S и показано условное положительное направление. Если в течение времени d t через сечение S пройдет полный заряд Q в выбранном направлении, то ток I через S будет равен I = d Q / d t. Единицей измерения тока выбран ампер (А) (1А=1Кл/с).
При определении знака тока I часто возникают затруднения. Если подвижные носители заряда положительны то положительный ток описывает реальное движение подвижных носителей в выбранном направлении, тогда как отрицательный ток описывает поток подвижных носителей заряда, противоположный выбранному направлению.
Однако в полупроводниковых приборах различие между положительными и отрицательными носителями заряда критично для работы прибора. При детальном рассмотрении работы этих приборов знаки подвижных носителей заряда необходимо четко различать. Понятие тока, протекающего через определенную площадку, легко обобщить на ток через элемент цепи.
На рис. 4 показан двухполюсный элемент. Направление положительного тока показано стрелкой.
Рис. 4. Ток через элемент цепи. Заряды входят в элемент через клемму А со скоростью i (кулонов в секунду) и выходят из элемента через клемму А’ с той же скоростью.
Если положительный ток протекает через элемент цепи, положительный заряд входит через клемму А со скоростью i кулонов в секунду. Но, как уже отмечалось, материалы (и элементы цепей) в целом остаются электрически нейтральными. (Даже «заряженный» элемент на рис. 1 имеет нулевой полный заряд.) Следовательно, если заряд втекает в элемент через клемму А, равное количество заряда должно одновременно вытекать из элемента через клемму А’. Эта непрерывность протекания электрического тока через элемент цепи следует из нейтральности элемента в целом.
На каждом двухполюсном элементе цепи может существовать напряжение между его клеммами, и через него может протекать ток. Знаки тока и напряжения могут быть определены независимо, однако между полярностями напряжения и тока существует важное физическое соотношение, для выяснения которого обычно принимают некоторое дополнительное условие.
На рис. 4 показано, как определяются относительные полярности напряжения и тока. При выбранном направлении тока он втекает в клемму «+». При выполнении этого дополнительного условия можно определить важную электрическую величину — электрическую мощность. Рассмотрим элемент цепи на рис. 4.
Если напряжение и ток положительны, то имеется непрерывный поток положительных зарядов от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом. Чтобы поддерживать этот поток, надо отделять положительные заряды от отрицательных и вводить их в клемму «+». Это непрерывное разделение требует непрерывных затрат энергии.
Когда заряды проходят через элемент, они отдают эту энергию. А так как энергия должна сохраняться, то она или выделяется в элементе цепи в виде тепла (например, в тостере), или накапливается в нем (например, при зарядке автомобильного аккумулятора). Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, называется мощностью и определяется выражением Р = U х I ( ватт=вольт х ампер ).
Единицей измерения мощности выбран ватт (Вт), который соответствует преобразованию энергии 1 Дж в 1 с. Мощность, равная произведению напряжения на ток с полярностями, определенными на рис. 4, является алгебраической величиной.
Если Р>0, как в рассмотренном выше случае, мощность или рассеивается, или поглощается в элементе. Если Р
Для каждого элемента цепи можно написать определенное соотношение между напряжением на клеммах и током через элемент. Резистивным элементом является элемент, для которого соотношение между напряжением и током можно представить в виде графика. Этот график называется вольт-амперной характеристикой. Пример такой характеристики показан на рис. 5.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика резистивного элемента
Если известно напряжение на клеммах элемента D, то по графику можно определить ток через элемент D. Аналогично, если известен ток, можно определить напряжение.
Идеальным сопротивлением (или резистором) является линейный резистивный элемент. По определению линейности соотношение между напряжением и током в линейном резистивном элементе такое, что при удвоении тока напряжение также удваивается. В общем случае напряжение должно быть пропорционально току.
Рис. 6. Обозначение (а) и вольт-амперная характеристика (б) идеального резистора.
Мощность в идеальном сопротивлении
Выражение для мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении:
Так как мощность, поглощаемая,в идеальном сопротивлении, зависит от квадрата тока (или напряжения), знак мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении, зависит от знака R. Хотя иногда при моделировании некоторых типов приборов, работающих в определенных режимах, используются отрицательные значения сопротивления, все реальные сопротивления, как правило, положительны. Для этих сопротивлений поглощаемая мощность всегда положительна.
Взаимосвязь основных электрических величин
Для постоянного тока основные единицы представлены на рис. 7.
Рис. 7. Взаимосвязь основных электрических величин
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Основные электрические величины
Формула мощности электрического тока
Для практических расчетов неудобно пользоваться базовым определением. Ниже приведены формулы, которые помогут узнать потребление электричества с использованием стандартных параметров источника питания и паспортных данных подключенных устройств. При отсутствии этих сведений в сопроводительной документации можно получить необходимые данные на официальном сайте производителя либо с помощью специальных измерений.
Мощность электрического тока через напряжение и ток
Так как разница потенциалов (F1-F2) соответствует напряжению (U), несложно сделать вывод о допустимости применения соотношений, определенных в законе Ома. Мощность (P) дополнительно характеризуется силой тока (I) в определенном участке цепи. Итоговое выражение:
Обозначение мощности по международной системе СИ – ватты (Вт). Для маленьких и больших величин пользуются кратными приставками: «милли-», «микро-», «мега-» и другими. Несложно понять, как обозначается мощность:
5 800 Вт = 5,8 киловатт = 5,8 кВт.
По аналогии с предыдущими рассуждениями можно выразить мощность следующим образом:
Чему равна мощность электрического тока через ток и сопротивление
Путем несложных преобразований определяют потребление энергии следующим образом:
В этом и предыдущем разделе показана зависимость мощности от номинала подключенного резистора. При рассмотрении полной цепи учитывают внутреннее сопротивление источника и проводимость соединений.
Чтобы не ошибаться при расчетах, можно скопировать эту картинку с основными формулами
Источники постоянного тока
Самыми первыми источниками постоянного тока являлись химические источники тока: гальванические элементы, затем были изобретены аккумуляторы. Полярность химических источников тока самопроизвольно измениться не может.
Для получения постоянного тока в промышленных масштабах используют электрические машины — генераторы постоянного тока, а также солнечные батареи.
В электронной аппаратуре, питающейся от сети переменного тока, для получения постоянного тока используют блоки питания. Как правило, переменный ток понижается трансформатором до нужного значения, затем выпрямляется. Далее для уменьшения пульсаций используется сглаживающий фильтр и, при необходимости, стабилизатор тока или стабилизатор напряжения или регулятор напряжения.
В современной радиоэлектронной аппаратуре получили распространение импульсные блоки питания. Сглаживание пульсаций выходного напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента, способного накапливать электрическую энергию и отдавать её в нагрузку. В результате на выходе можно получить практически постоянный ток.
Электрическую энергию могут накапливать электрические конденсаторы. В общем случае, при разряде конденсатора во внешней цепи протекает переменный ток. Если конденсатор разряжается через резистор, то появляется однонаправленный переменный ток (постепенно уменьшающийся). Однако, если конденсатор разряжается через катушку индуктивности, то в цепи появляется двунаправленный переменный ток, это устройство называется колебательный контур. Электролитические конденсаторы могут иметь очень большую электрическую ёмкость (сотни и тысячи микрофарад и более). При разряде таких конденсаторов через большое сопротивление ток уменьшается медленнее, и для короткого времени можно считать, что во внешней цепи протекает постоянный ток.
Ионисторы — гибрид конденсатора и химического источника тока, способны накапливать и отдавать довольно большое количество электрической энергии, например, чтобы электромобиль с ионисторами проехал некоторое расстояние.
Переменный ток
(Alternating Current) или АС английская аббревиатура обозначающая ток, который меняет на временном отрезке свое направление и величину. На электрических схемах и корпусах электрических аппаратов, работающих от переменного тока, символ переменного тока обозначают как отрезок синусоиды «
». Если говорить о переменном токе простыми словами, то можно сказать что в случае подключения электрической лампочки к сети переменного тока плюс и минус на ее контактах будут меняться местами с определенной частотой или иначе, ток будет менять свое направление с прямого на обратное. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.
Напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. Такое напряжение нельзя подавать в дома и квартиры, это очень опасно и сложно с технической стороны. Поэтому переменный электрический ток с электростанций подается на электрические подстанции, где происходит трансформация с высокого напряжения на более низкое, которое мы используем.
Применение
Использование в электронике для питания схем – это не конечные варианты применения DC. Постоянный ток нашёл употребление в следующих случаях:
Для информации. В СССР начинали электрификацию железной дороги постоянным током на участках Баку – Сурамский перевал и Сабучини. До Великой Отечественной войны напряжение составляло 1,5 кВ, потом было переведено на 3 кВ. В общей сложности половина ж/д линий работало от этого вида тока.
Источники электрической энергии
Мировое производство электроэнергии базируется на работе электростанций. Основной принцип работы станций заключается в том, что турбины установленных в них электрогенераторов вращаются с помощью других видов энергии. Они получили своё название соответственно типу используемой энергии:
Размещение тех или иных видов электростанций зависит от распределения по регионам сырьевых ресурсов, географического расположения рек и выбора подходящих мест для возведения АЭС.
Внимание! Основную долю производства мировой электроэнергии до сих пор берут на себя ТЭС. Опасность при эксплуатации АЭС пока является сдерживающим фактором для полного перехода на этот мощный вид производства электричества
Неравномерная плотность проживания населения на планете не позволяет максимально приблизить такие источники энергии к местам потребления. Поэтому приходится передавать производимое электричество на дальние расстояния. Так как и потребление, и получение энергии происходит в реальном режиме, созданы энергосистемы, объединяющие электростанции между собой. Кроме того, сами системы организованы в более мощные энергосистемы. Это сделано для создания резерва рабочей мощности и возможности регулировать подачу электроэнергии к потребителям в бесперебойном режиме.
Разница в часовых поясах, сезонные колебания потребления – всё это нагружает одни станции и недогружает другие. Энергосистемы позволяют станциям подпитывать друг друга в случае перегрузок.
Что касается источников постоянного тока, то их можно разделить на два типа:
Гальванические элементы (батарейки) имеют конечный срок службы. Они конструктивно изготовлены так, что после окончания реакции окисления вырабатывание электричества прекращается. Электролитические элементы (аккумуляторы) имеют периодический режим работы. После разряда их можно заряжать, подавая на их полюса ток заряда, и использовать снова.
Источники электроэнергии
Основные типы и характеристики розеток
На самом деле основные характеристики — это не то, какой в розетке постоянный или переменный ток, главным является уровень защиты и контактная группа, то есть форма вилки (штепселя), а также допустимые силы токов. Давайте, перечислим, что мы должны учитывать, выбирая розетку:
Если Вы располагаете розетку скрытого монтажа в сухом помещении, но невысоко от пола, помните о том, что это риск попадания воды (при мытье полов и пр.). Поэтому такие розетки должны иметь повышенный уровень защиты.
Все эти свойства описывает маркировка, а понимание как её прочитать никогда не будет лишним. Но перед этим для справки приведём условное обозначение розеток и выключателей на чертежах и принципиальных схемах —
Давайте расшифруем, что написано на таких приборах на примере такой аббревиатуры.
В России применяются типы С, без заземления и F с заземлением
. Некоторые типы приборов снабжены вилкой другого типа и могут быть использованы в наших сетях при помощи адаптера
Обратим особое внимание на диаметр штекера в вилке. Советские вилки не пролезут в евророзетку, поскольку штыри на вилке толще
Как правило, маркировка диаметра уже давно не наносится на розетках, просто стоит помнить, что это 4 мм, а советский штекер имеет диаметр 4,8 мм.
Обозначение постоянного и переменного тока.
Про группу AC/DC многие слышали, и это как раз то самое — постоянный переменный ток. Красивое название. Обозначение постоянного тока встречает реже и стоит понимать, что означают символы:
(—) или DC
(Direct Current в переводе постоянный ток). Это значит, что не стоит пытаться включить в такую розетку обычный прибор, требующий переменного тока. На схемах обозначаю стрелкой направления и символами «+» и «-», как полярность. Простейший пример — обычная батарейка.
Переменный ток
будет обозначен таким образом: (
) или AC (Alternating Current, то есть переменный ток). Если обдумать, то обозначение постоянного и переменного тока в названии содержат важную информацию — ток постоянного направления, и ток, направление которого изменяется. Это хорошо иллюстрирует эта картинка.
Кроме этой информации на розетке можно обнаружить маркировку в герцах — допустимая частота тока. Это как раз значение, которое говорит сколько раз в секунду «направление» тока меняется. Стандарт это 50 Гц.
А теперь мы подошли к самой важной характеристике, о чем поговорим отдельно, поскольку это более важный вопрос, чем какой ток в розетке постоянный или переменный
Обозначения на схемах и в приборах
Графическое обозначение тока постоянной полярности на схемы наносится в виде знаков плюс (+) и минус (-). Источник электричества постоянной полярности имеет вид двух вертикальных чёрточек, одна из которых вдвое длиннее. Та, что короче, – это минус, длинная – плюс. Запомнить различие можно легко. Если длинную черту разделить пополам, то из неё можно сложить знак «+». На корпусах приборов, блоков питания, на гнёздах подключения разъёмов питания можно увидеть буквенное обозначение DC (direct current). Это по-английски означает «однонаправленный ток». Рядом часто наносят графическое обозначение – длинная горизонтальная линия, под ней располагается пунктирная линия, у которой длина штрихов равна длине промежутков.
Обозначение переменного тока на схемах и на приборах осуществляется в буквенном изображении AC (Alternating Current) и графическим символом – отрезком синусоиды длиной в период. Число фаз может указываться цифрой или количеством волнистых линий, если это необходимо.
Обозначения постоянного и переменного электричества
Направление постоянного тока и обозначения на электроприборах и схемах
Условное обозначение однонаправленного тока на электроприборах
Условно принято считать (общепринято), что электрический ток в электрическом поле имеет направление от точек с бо́льшими потенциалами к точкам с меньшими потенциалами. Это значит, что направление постоянного электрического тока всегда совпадает с направлением движения положительных электрических зарядов, например положительных ионов в электролитах и газах. Там же, где электрический ток создаётся только движением потока отрицательно заряженных частиц, например, потока свободных электронов в металлах, за направление электрического тока принимают направление, противоположное движению электронов.
Исторически сложилось, что электрическая изоляция положительного провода окрашена в красный цвет, а отрицательного провода — в синий или чёрный.
Условное обозначение на электроприборах: − <\displaystyle \mathbf <->> или = <\displaystyle \mathbf <=>>. Однонаправленный ток (в том числе постоянный) обозначается латинскими буквами DC<\displaystyle DC>. Для однонаправленного тока может быть также использован символ Юникода ⎓ (U+2393).
В ряде случаев можно встретить другие символы, например на малогабаритных штекерах, предназначенных для подключения к электронному устройству сетевого блока питания (или на корпусе самого электронного устройства, возле разъёма для подключения штекера) ⊙ <\displaystyle \odot >с указанием полярности.
Электроды каких-либо устройств или радиодеталей (диодов, тиристоров, вакуумных электронных приборов), подключаемые к положительному проводу, носят название «анод», а электроды, подключаемые к отрицательному проводу, называются «катод».
Линии электропередачи постоянного тока
В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередачи передаётся трёхфазный ток, однако существуют линии электропередачи постоянного тока, например высоковольтная линия постоянного тока Волгоград-Донбасс, высоковольтная линия постоянного тока Экибастуз-Центр, материковая Южная Корея — остров Чеджудо и другие. Использование постоянного тока позволяет увеличить передаваемую электрическую мощность, передавать электроэнергию между энергосистемами, использующими переменный ток разной частоты, например, 50 и 60 герц, а также не синхронизировать соседние энергосистемы, как это сделано на границе Ленинградской области с Финляндией (см. вставка постоянного тока Выборг — Финляндия).
Различия токов
Незнание отличий приводит к неправильному подключению потребителей напряжения к источникам питания. Это вызывает повреждение приборов или, того хуже, опасные для жизни ситуации.
Чтобы чётко разобраться, какой ток называется переменным, какой постоянным, нужно сопоставить параметры.
При сравнении характеристик этих двух видов электричества выделяют отличия:
Для информации. В мире действует два головных стандарта частоты и напряжения в потребительской сети переменного тока. Европейский стандарт – 50 герц, 220-240 вольт, и американский – 60 герц, 100-127 вольт.
Мощность переменного тока
В таких цепях применять формулы для мгновенных величин нельзя, так как итоговое значение будет изменяться от минимума до максимума с частотой сети. В стандартной однофазной сети 220 V поддерживается синусоидальная форма сигнала 50 Гц.
Однако допустимо использование рассмотренных выше простых соотношений (P = U * I и других) при подключении нагрузки с резистивными характеристиками:
С помощью этого выражения выясняют, какая мощность будет выделяться в нагрузке.
Активная мощность
Ситуация меняется радикальным образом, если включается мощный электродвигатель или конденсатор. Подобные нагрузки формируют колебательный контур, который обменивается энергией с источником питания. Полезные функции в данном случае выполняются только активной компонентой (Pакт). Ее вычисляют следующим образом:
Реактивная мощность
Этот параметр, несмотря на отсутствие полезной работы, следует учитывать для корректной оценки важных параметров сети. Дело в том, что проводники нагреваются при пропускании тока в любом направлении. Циклические энергетические воздействия при достаточно большой интенсивности:
Реактивная составляющая определяется формулой:
Pреакт = U * I * sin ϕ.
Она принимает отрицательное (положительное) значение при подключении нагрузки с емкостными (индукционными) характеристиками, соответственно.
В чем измеряется мощность тока для подобных ситуаций, понятно из определения. Так как речь идет об изменении параметров электрического (магнитного) поля, итоговый результат обозначают вольт-амперами реактивными (единица измерения сокр. – вар).
Полная мощность
Если рассматриваемые величины выразить векторами, образуется треугольник. Длина сторон будет соответствовать потреблению энергии определенной составляющей. Угол между полной (Pполн) и активной мощностью (ϕ) используется в расчетах для вычислений. Общая формула:
Pполн = √((Pакт)2 + (Pреакт)2).
Комплексная мощность
Потребление энергии можно выразить при необходимости комплексными величинами. Используют базовые соотношения. Вместо сопротивления применяют импеданс.
Какой значок напряжения
Напряжение означает поток электрических заряженных частиц по проводнику определенного сечения и обычно обозначается как «U». Если напряжение в сети постоянное, то около латинской буквы ставится символ прямой линии или двух линий (верхняя сплошная прямая, а нижняя пунктирная). Для мультиметров и прочих приборов, связанных с измерением напряжения, используют латинскую букву «V», которая обозначает единицу измерения напряжения – Вольт (Volt). Значение линий при этом сохраняется.
Важно! Многие обыватели полагают, что напряжение обозначается как «E», но это не так. «Е» — это электродинамическая сила (ЭДС) источника питания проводника
Обозначение вида тока на мультиметре
Таким образом, маркировка проводов, клемм электроприборов и схем имеет совершенно четкий и понятный характер. Она указывает на силу тока и напряжение, с которыми работает та или иная сеть или прибор. Каждый взрослый человек может научиться читать электротехнические схемы буквально за несколько дней, так как для этого достаточно лишь изучить основные маркировки, а также обозначения постоянного и переменного напряжения.
Понятие мощности электрического тока и ее параметры
Прохождение электротока по цепи, по своей сути, представляет собой работу (А) по перемещению свободного заряда от одного потенциала к другому. Чем больше электронов пересекает плоскость сечения электропроводящего элемента за единицу времени, тем выше мощность электрического тока. Общее количество работы можно определить по формуле – А=U∆q=IU∆t=I2R∆t.
Мощность электротока имеет обратно пропорциональную зависимость от отрезка времени за который была осуществлена работа – Р=A/∆t и прямо зависит от разности потенциалов и силы тока – Р=UxI. В том случае, если на участке цепи не осуществляется механическая работа под воздействием электрического тока, энергия тратится только на нагрев токопроводящего элемента. Общее количество выделяемого тепла, в этом варианте, будет равно работе, которую совершает электрической ток. Определить количество теплоты можно применив формулу Q=I2R∆t. Это соответствие было получено опытным путем Джоулем и Ленцем, а закон назван их именем.
Презентация на тему: » Сила тока. Единицы силы тока и её измерение. План изучения физической величины 1. Наименование величины и её условное обозначение. 2. Характеризуемый.» — Транскрипт:
Сила тока. Единицы силы тока и её измерение
План изучения физической величины 1. Наименование величины и её условное обозначение. 2. Характеризуемый объект (явление, свойство, процесс). 3. Определение. 4. Формула, связывающая данную величину с другими. 5. Единицы измерения силы тока. 6. Способы измерения величины
1. Наименование величины и её условное обозначение Сила тока — I Сила тока — I
2. Характеризуемый объект Сила тока характеризует заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с. Сила тока характеризует заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с.
3. Определение Сила тока — это физическая величина равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения Сила тока — это физическая величина равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника ко времени его прохождения
4. Формула, связывающая данную величину с другими I= q t
5. Единицы измерения величины Единица силы тока в СИ Единицу силы тока называют ампером (А). Единицу силы тока называют ампером (А). Так она названа в честь французского ученого Андре Ампера Так она названа в честь французского ученого Андре Ампера За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки очень длинных и очень тонкиx проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 0, Н За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки очень длинных и очень тонкиx проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 0, Н
5. Единицы измерения величины Дольные и кратные единицы измерения силы тока: Дольные и кратные единицы измерения силы тока: миллиампер (мА) микроампер (мкА) килоампер (кА) 1 мА = 0,001 А 1 мкА = 0, А 1 кА = 1000 А Единица электрического заряда 1 кулон = 1 ампер х 1 секунду 1 Кл = 1 А х 1 с = 1 А х с 1 Кл – это заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. 1 Кл – это заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
Как обозначается постоянное и переменное напряжение
Постоянное напряжение или ток обозначаются аббревиатурой DC, что означает Direct current. На схемах и электроприборах принято также указывать постоянное напряжение простой ровной линией (—).
Значок переменного напряжения записывается в виде несколько иной аббревиатуры ( – AC. Если расшифровать, то получится «Alternating current». На клеммах электроприборов и распределительных щитков, а также на схемах она может изображаться как волнистая линия (
Важно! Если в сеть рассчитана для пропуска и того, и другого видов электроэнергии, она маркируется как «AC/DC» и обозначается на схеме двойной линией (верхняя линия прямая и сплошная, а нижняя прямая и пунктирная). Альтернативное обозначение видов тока и напряжения на схемах
Альтернативное обозначение видов тока и напряжения на схемах