Vzorec pro zjištění napětí: základní pojmy, zjištění pomocí síly a odporu proudu

Při navrhování obvodů pro různá zařízení potřebuje radioamatér provést přesné výpočty pomocí měřicích přístrojů a vzorců. V elektrotechnice se vzorce používají k výpočtu množství elektřiny (vzorce pro napětí, odpor, proud atd.).

Obecné informace o elektrickém proudu

Elektrický proud je proces pohybu nabitých částic (volných elektronů), který má směrový vektor. Částice se pohybují působením síly elektrického pole, které má vektorový směr. Toto pole zajišťuje pohyb těchto částic. Síla proudu, napětí a odpor ovlivňují práci elektrického pole.

Fyzický smysl

Fyzický význam je pochopen aktuální práce na webuodpovídající výši poplatku. Kladný náboj se pohybuje z jednoho bodu s jedním potenciálem do druhého a potenciál v tomto bodě je odlišný od předchozího. V důsledku toho vzniká potenciálový rozdíl, nazývaný napětí nebo EMF (elektromotorická síla).

K úplnému pochopení tohoto fyzikálního procesu a objasnění fyzikálního významu stresu je nutné nakreslit analogii s trubkou. Řekněme, že potrubí je naplněno vodou a je k němu přišroubován kohoutek, který vodu vypustí. Tato trubka je také vybavena kohoutkem pro plnění vody výkonným čerpadlem.

Pro demonstraci analogie je třeba úplně otevřít kohoutek, voda začne vytékat a lze usoudit, že tlak je nepatrný. Ve druhém případě není vypouštěcí ventil zcela otevřen a voda se shromažďuje pomocí čerpadla. V potrubí se vytváří tlak a tlak se zvyšuje. Čerpadlo, které vytváří tlak, je v tomto příkladu síla elektrického pole.

Elektřina, pokud není kontrolována a není si vědoma škodlivých účinků na lidské tělo, může způsobit mnoho problémů od hoření spotřebičů a požárů až po ohrožení života a zdraví osoba. Bezpečnost je velmi důležitá v jakékoli oblasti.

Škodlivý účinek na člověka

Elektřina je velmi nebezpečná a je příčinou nehod. Radioamatérům hrozí úraz elektrickým proudem poměrně často. Někteří radioamatéři používají prsty k testování napětí a zanedbávají bezpečnostní opatření. Většina z nich považuje napětí od 500 V za životu nebezpečná a 110 a 220 jsou zdravotně nezávadné. Nárazy ze zdrojů proudu s nízkým výkonem (transformátor s nízkým výkonem, kondenzátor) podle jejich názoru nejsou nebezpečné.

Podle bezpečnostních opatření při práci s elektřinou se mýlí, ale tato otázka má ještě jednu stránku: tělo každého člověka je individuální, má různé parametry. Z tohoto tvrzení vyplývá, že smrtící charakteristiky elektřiny (napětí a proud) jsou u každého člověka individuální. Některé mohou být zasaženy 36 V, zatímco jiné nejsou proniknuty 220 V.

Vliv elektřiny na lidské tělo závisí na několika faktorech: na síle a frekvenci, času a dráha průchodu tělem, odpor těla nebo části těla, kterou protéká proud.

Vědci zjistili, že hodnota smrtelného proudu, který působí na srdce, je více než 100 mA. Proudy od 50 mA do 100 mA způsobují ztrátu vědomí při krátkém dotyku s povrchem, který vede proud. Proud do 50 mA může způsobit zranění, jako je pád ze schodů, uvolnění vodiče pod napětím atd.

Vliv na faktor porážky má také odolnost lidského těla. Odpor pro každého jednotlivce je obtížné určit a jeho rozsah je od 30 kOhm do 200 kOhm. Tato hodnota závisí na mnoha faktorech: tloušťka kůže, vlhkost těla a prostředí, únava, neuro-emocionální stav, nemoc a další faktory. Odolnost prudce klesá se zvýšenou vlhkostí vzduchu a prací ve vlhkých prostorách.

Vzorec pro výpočet životu nebezpečného napětí za předpokladu, že Rh = 2 kΩ a I = 60 mA, vypadá takto: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 V. V této situaci lze za nebezpečné napětí považovat 120 V a více.

Frekvence proudu je další nebezpečná vlastnost, která má škodlivý účinek. Jak se frekvence zvyšuje, nebezpečí přímo úměrně klesá. Proud má také tepelný účinek, proto nelze vysokofrekvenční proudy považovat za bezpečné.

Úrazy způsobené elektřinou se nazývají úrazy elektrickým proudem. Každý z nich nese menší nebo větší nebezpečí. Nejnebezpečnější jsou zranění způsobená elektrickým obloukem, který má vysokou teplotu 5 tis. do 12 tisíc stupňů Celsia. Druhy úrazů elektrickým proudem:

1. Elektrické popáleniny vznikají při působení tepla na tkáně lidského těla, kterými protéká proud.
2. Popálená místa na kůži vznikají při přímém kontaktu s živou částí vodiče. Postižená oblast se stává šedou nebo světle šedou.
3. Metalizace kůže - impregnace kůže kovovými částicemi při zkratu nebo svařování.
4. Mechanické poškození – spontánní svalová křeč, vedoucí k pádu. Když dojde k pádu, zlomeninám, modřinám, vykloubení kloubů atd.
5. Elektroftalmie - zánět sliznice očí při vystavení záření z elektrického oblouku.

Existuje další typ zranění - úraz elektrickým proudem. Tento typ porážky lze podmíněně rozdělit do 5 skupin: bez ztráty vědomí; se ztrátou vědomí spojenou s poruchou srdeční činnosti nebo bez ní; klinická smrt a úraz elektrickým proudem.

Jednotky

Práce elektrického pole při pohybu náboje měřeno v J (Joule), náboj v C (coulomb). Takto je indikováno napětí nebo jeho měrná jednotka: poměr těchto veličin (práce na posunu v J k elektrickému náboji v C) a je rozdíl potenciálů, měřený ve voltech (V) a označený U. Potenciální rozdíl je:

1. Variabilní (amplituda a polarita se v čase mění v závislosti na charakteristické frekvenci).
2. Konstantní (má konstantní hodnotu amplitudy a polarita je konstantní hodnota).

A také jednotky měření mají předpony, například kV (Kilovolt = 1000V) a MV (megavolt = 1000000V). Jsou zde velmi nízké hodnoty, např. mV (milivolt = 0,001V).

AC a DC obvody

Ve střídavých a stejnosměrných obvodech má U různé vlastnosti a vytváří různé účinky na vodiče. Pro konstantní napětí existují zákony pro výpočet jeho charakteristik, ale pro proměnnou jsou metody výpočtu indikátorů výrazně odlišné. Pojďme se blíže podívat na všechny rozdíly a podobnosti.

Výpočet a analýza obvodů se provádí pomocí Ohmova zákona: proud celého obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný součtu odporů obvodu a napájecího zdroje.

Důsledek ze zákona za předpokladu, že se zanedbá vnitřní odpor zdroje elektřiny: proudová síla části obvodu je přímo úměrná EMF a nepřímo úměrná odporu této části.

Zápis Ohmova zákona, ze kterého vyplývá vzorec pro napětí, proud a odpor: I = U / (Rts + Rvn), kde I je síla proudu, U je EMF, Rts je odpor obvodu, Rvn je vnitřní odpor zdroje výživa.

Vzorec síly proudu přes odpor a napětí: I = U / Rts.

Vzorec napětí elektrického proudu: U = I * Rts.

Chcete-li vypočítat výkon, musíte vynásobit U I: P = U * I = U * U / R, kde P je výkon.

Střídavé jednofázové napětí

V obvodech na střídavý proud dochází k úplně jiným jevům a dějům, platí pro ně jiné zákony. Existují takové hlavní typy:

1. Okamžitý (potenciální rozdíl v určitém časovém intervalu: u = u (t)).
2. Hodnota amplitudy (maximální hodnota okamžitého U v čase: u (t) = Um * sin (wt + f), kde w je úhlová frekvence, t je specifický okamžik a f je úhel počáteční fáze napětí).
3. Průměrná hodnota (pro sinusoidu je nula).
4. Odmocnina - Uq (U pro celou periodu kmitání a pro sinusoidu má tvar: Uq = 0,707 * Um).
5. Průměrně narovnané - Uv (průměrná hodnota modulu U: Um je přibližně rovna 0,9 * Uq).

V 3-fázových proudových obvodech se rozlišují 2 typy napětí: lineární (fáze-fáze) a fázové (fáze-nula). Při zapojení v obvodu "trojúhelník" jsou fáze a lineární U stejné. V případě "hvězdového" zapojení je fázové zapojení 1,732050808 krát menší než lineární.

Doporučení pro výběr zařízení

Pro výpočty je nutné měřit hodnoty množství elektřiny. Existují speciální zařízení, která pomáhají provádět přesné výpočty. K měření rozdílu potenciálů se používá voltmetr.

Voltmetr (volt je jednotka měření EMF, metr - měřím) je zařízení pro měření EMF v obvodu, zapojené paralelně s oblastí, kde je potřeba měřit.

Pro konkrétní případ je nutné použít jedno či druhé zařízení. Pro přesnější výpočty jsou zakoupeny přístroje s vysokou třídou přesnosti. Klasifikace voltmetru:

1. Princip činnosti: elektromechanický (spínač) a elektronický.
2. Určení: stejnosměrný a střídavý proud, pulzní, selektivní a univerzální.
3. Provedení: panelová deska, přenosná a stacionární.

Analogový elektromechanický voltmetr má velké chyby měření v obvodech s vysokým odporem, ale osvědčil se u obvodů s nízkým odporem a možností upgradu (zvýšení hodnot měření U díky přídavnému odporu).

Usměrňovací voltmetr má vyšší třídu přesnosti. Skládá se ze samotného měřícího zařízení (má citlivost na stejnosměrný proud) a usměrňovacího zařízení. Pro velké chyby nejsou příliš rozšířené a používají se jako signalizační zařízení (přibližná hodnota U).

Digitální voltmetry používané v kombinovaných multimetrových přístrojích. Vstupní napětí na svorky (měřicí sondy) zařízení je převedeno na signál pomocí analogově-digitálního převodníku (ADC). Zobrazuje se na digitálním displeji. Tento typ zařízení je široce používán díky své vysoké přesnosti a všestrannosti.

Pulzní voltmetr musí být použit při měření amplitud pulzních signálů a jednotlivých pulzů.

Hlavní aplikací fázově citlivých voltmetrů je měření kvadraturních složek komplexního napětí (přítomnosti imaginární a reálné části) primární harmonické. Obvykle jsou vybaveny 2 indikátory pro identifikaci imaginárních a skutečných částí. Jsou široce používány při měření AFC (amplitudově-fázové charakteristiky) pro výběr dílů a ladicích zesilovačů.

Pro měření jmenovitého stejnosměrného napětí se používají voltmetry podskupiny B2 (voltmetry pro stejnosměrné napětí) a také B7 (univerzální).

Pro stanovení střídavého napětí je nutné použít přístroje z podskupiny B3 nebo univerzálního typu (B7). Tyto voltmetry však často používají speciální převodníky ze střídavého napětí na stejnosměrné napětí.

B3 a B7 jsou vypočteny pouze pro efektivní napětí.. V těchto elektrických měřicích zařízeních je možné použít detektory (převodníky): špičkový, usměrňovač a kvadratický. Nejlepší možností je voltmetr na detektoru čtvercového zákona, přičemž naměřená hodnota je vydávána přímo bez jakéhokoli přepočtu. Měřicí přístroje na špičkových a usměrňovacích detektorech přepočítávají hodnoty, čímž snižují přesnost měření. Pro měření periodického neharmonického napětí je zvolen voltmetr na detektoru čtvercového zákona.

Tím pádem, výpočet napětí hraje v elektrotechnice důležitou roli. Výpočty pro střídavé a konstantní obvody elektrického proudu se výrazně liší, v důsledku čehož je nutné nejprve určit typ proudu a poté provést výpočty. Je ale také nutné dodržovat bezpečnostní opatření při práci s elektřinou. Vždyť jeho hlavní ustanovení vycházejí z hořké zkušenosti lidstva.