Come calcolare l'amperaggio: formule fisiche utilizzando potenza e tensione

Quando si sceglie qualsiasi apparecchiatura elettrica, uno dei parametri importanti su cui si richiama l'attenzione è la potenza del prodotto. Questo parametro è indissolubilmente legato alla corrente e alla tensione. Per calcolare la corrente, la tensione o la potenza in un circuito elettrico, vengono utilizzate semplici formule. Ma per eseguire in modo significativo tali calcoli, è desiderabile comprendere la natura fisica del verificarsi di queste quantità.

Concetto fisico di quantità

Qualsiasi circuito elettrico è caratterizzato da una serie di parametri. I più importanti di questi sono l'amperaggio, il voltaggio, il wattaggio e la resistenza. Queste caratteristiche sono correlate e dipendenti l'una dall'altra. Il fenomeno che li unisce si chiama elettricità.

Questo concetto è stato introdotto nel 1600 dal fisico inglese William Gilbert, che studia i fenomeni magnetici ed elettrici. Studiando il magnetismo in natura, lo scienziato ha scoperto che alcuni corpi, quando vengono strofinati, iniziano ad avere una forza di attrazione in relazione ad altri oggetti, in particolare all'ambra. Pertanto, ha chiamato il fenomeno aperto ēlectricus, che in latino significa "ambra".

Continuando le sue ricerche, il fisico tedesco Otto von Guericke nel 1663 inventò una macchina elettrica, che era un'asta di metallo con sopra una palla di zolfo. Di conseguenza, ha scoperto che i materiali non solo possono attrarre sostanze, ma anche respingere. Ma solo ottant'anni dopo, l'americano Benjamin Franklin creò la teoria dell'elettricità, introducendo termini come cariche negative e positive.

L'elettricità ha ricevuto un ulteriore sviluppo dopo gli esperimenti di Charles Coulomb e la sua scoperta della legge di interazione delle cariche. Consisteva nel seguente: la forza d'influenza di due cariche puntiformi l'una sull'altra nel vuoto è direttamente proporzionale al loro prodotto e inversamente proporzionale alla distanza tra loro in un quadrato. Successivamente, grazie agli esperimenti di scienziati come Joule, Lenz, Ohm, Ampere, Faraday, Maxwell, furono introdotti i concetti di corrente, tensione ed elettromagnetismo.

Così, nel 1897, l'inglese Joseph Thomson stabilì che i portatori di carica sono elettroni. In precedenza, nel 1880, un ingegnere elettrico russo Dmitry Lachinov formulò le condizioni necessarie per la trasmissione di elettricità a distanza.

A seguito di queste scoperte, sono state sviluppate definizioni fondamentali di elettricità. Oggi si riferisce alle proprietà dei materiali di formare un campo elettrico intorno a loro, che colpisce altre particelle cariche situate nelle vicinanze. Le cariche sono convenzionalmente divise in positive e negative. Quando si muovono, sorge un campo magnetico, mentre cariche dello stesso segno vengono attratte e cariche diverse vengono respinte.

Forza attuale

La corrente è il movimento ordinato dei portatori di carica sotto l'influenza di un campo elettrico. Gli elettroni agiscono come particelle cariche positivamente e le lacune come particelle negative. Matematicamente, questo fenomeno è descritto usando la formula I = Q * T, dove I è la corrente di conduzione (A), Q è la carica della particella (C), T è il tempo ©.

Cioè, la corrente elettrica è la quantità di cariche che sono passate attraverso la sezione trasversale della sostanza. Ma questa formulazione è corretta solo per una corrente costante, mentre per una corrente variabile nel tempo sembrerà I (T) = dQ / dT.

La densità di movimento dei portatori di carica in un materiale, cioè la quantità di elettricità che passa in un tempo convenzionalmente accettato, è chiamata forza attuale. Secondo il Sistema Internazionale (SI), la sua unità di misura è l'ampere. Un ampere è uguale al movimento di una carica elettrica pari a un coulomb attraverso la sezione trasversale in un secondo.

I portatori di carica possono muoversi sia ordinatamente che caoticamente. Quando si muovono, appare un campo elettrico, indicato dalla lettera latina E. Il valore determinato dal rapporto tra la corrente e la sezione trasversale del conduttore è chiamato densità di corrente. A / mm è preso come unità di misura.².

Per il suo tipo, la corrente si distingue nei seguenti tipi:

1. Riporto. È caratterizzato dal movimento delle cariche effettuato nello spazio libero. Questo tipo è tipico per i dispositivi a scarica di gas.
2. offset. Nasce nei dielettrici ed è determinato dal movimento ordinato di particelle cariche legate.
3. Completo. È determinato dalla somma della corrente: conduttanza, trasferimento e spostamento.
4. Costante. Questa è una specie che può cambiare il valore, ma non cambia la direzione del movimento, cioè il suo segno.
5. Variabile. Questo tipo di corrente può variare sia in ampiezza che in direzione (segno).

La vista variabile è divisa in forma e può essere sinusoidale e non sinusoidale. Per calcolare la corrente sinusoidale, utilizzare la formula Is = Ia * peccato ωt, dove Ia è il valore massimo della corrente (A), è la velocità angolare pari a 2πf (Hz).

I corpi fisici in cui è possibile il flusso di corrente sono chiamati conduttori e in quelli in cui ci sono ostacoli al suo passaggio - dielettrici. Uno stato intermedio tra loro è occupato da semiconduttori.

Differenza di potenziale

È consuetudine chiamare la tensione una grandezza fisica che caratterizza un campo elettrico. Mostra che tipo di lavoro dovrà fare il campo per spostare una carica unitaria da un punto all'altro. Si presume che questo trasferimento non influisca sulla distribuzione degli oneri nel campo sorgente. Secondo il Sistema internazionale di unità di misura, la tensione viene misurata in volt.

Il lavoro di trasferimento consiste in due quantità: elettrica e conto terzi. Se le forze esterne non agiscono, la tensione sulla sezione del circuito è uguale alla differenza di potenziale ed è calcolata dalla formula U = φ1-φ2. In questo caso, il potenziale è determinato dal rapporto tra l'intensità del campo elettrico e la carica. Per calcolarlo, usa la formula φ = W / q.

In altre parole, questa è la caratteristica del campo ad un certo punto, indipendentemente dall'entità della carica in esso contenuta. Cioè, la tensione è generalmente determinata dal lavoro del campo elettrostatico che si verifica quando la carica si muove lungo le sue linee di forza. Matematicamente, può essere calcolato con la formula U = A / q, dove A è il lavoro svolto per spostarsi (J), q è l'energia di carica (C).

I seguenti termini vengono utilizzati per la tensione quando applicati alla rete CA:

1. Immediato. Questo è il valore di una grandezza fisica misurata in un determinato momento: U = U (t). Per un segnale sinusoidale, la tensione istantanea si trova usando l'espressione U (t) = Ua sin (ὤt + φ).
2. Ampiezza. È caratterizzato dal più grande valore istantaneo senza tener conto del segno: Ua = massimo (U (t)).
3. La media. È determinato per l'intero periodo del segnale dalla formula Us = 1 / T ʃ U (t) * dt. Per una forma d'onda sinusoidale, questo valore è zero.

Quando si calcola la tensione, il concetto di potenziale elettrico viene utilizzato raramente. Ciò è dovuto al fatto che è convenzionalmente preso come uno dei punti di potenziale per prendere la terra.

Questo valore è preso uguale a zero e tutti gli altri potenziali sono considerati relativi ad esso. Quando diciamo che la tensione in un certo punto è di 300 volt, intendiamo la differenza di potenziale tra questo punto e la massa, pari a questo valore.

Energia elettrica

L'energia elettrica caratterizza la velocità con cui l'energia elettrica viene trasmessa o convertita. La sua unità di misura è il watt. Per calcolare la potenza in una determinata sezione del circuito, è necessario moltiplicare il valore della tensione e della corrente in questa sezione. Sulla base della definizione di tensione elettrica, possiamo dire che la carica, quando si muove, esegue un lavoro, numericamente uguale ad essa nella sezione del circuito. Se moltiplichiamo il lavoro per il numero di addebiti, possiamo trovare il valore totale del lavoro svolto dagli addebiti in quest'area.

Sulla base della definizione fisica che la potenza è lavoro per unità di tempo, si ottiene l'espressione P = A / t, dove A è il lavoro compiuto dalla carica nello spostamento dal punto iniziale a quello finale (J), Δt è il tempo impiegato per il movimento completo della carica ©.

Per tutte le cariche nel circuito, la potenza può essere trovata usando la formula P = (U / Δt) * Q, dove Q è il numero totale di cariche.

Poiché la corrente è una carica che scorre per unità di tempo (I = Q / t), si scopre che la potenza è uguale al prodotto di corrente e tensione, cioè P = U * I (mar).

In un circuito con una corrente costante, la sua forza e tensione hanno sempre un valore costante in un certo punto, quindi, per qualsiasi momento, la potenza può essere calcolata con la formula P = I * U = I2 * R = U2 / R, dove R è la resistenza al passaggio di corrente nel circuito elettrico (Ohm). Se c'è una fonte di forza elettromotrice in questa rete, allora la potenza si trova come P = I * E + I2 * r, dove E è la forza elettromotrice o EMF (V), r è la resistenza interna della sorgente EMF (Ohm).

Per un circuito in cui i suoi parametri cambiano in un certo ciclo, la potenza a un certo punto è integrata nel tempo. In questo caso, ci sono i seguenti tipi di alimentazione:

1. Attivo. Per trovarlo, viene utilizzato un calcolo che tiene conto dell'angolo di fase. Si trova secondo la formula P = U * I * cos.
2. Reattivo. È caratterizzato da carichi creati da dispositivi elettrici sotto forma di fluttuazioni dell'energia di un campo elettromagnetico. Il suo calcolo viene eseguito secondo la formula P = U * I * peccato φ.
3. Completo. È determinato dal prodotto dei valori effettivi di corrente e tensione ed è associato ad altri tipi di potenza dall'espressione S = (P ² + Q ²).

La legge di Ohm per una catena

Quando si calcola la potenza per tensione e corrente in pratica, viene spesso utilizzata la legge di Ohm. Stabilisce una relazione tra corrente, resistenza e tensione. Questa legge fu scoperta attraverso una serie di esperimenti condotti da Simon Ohm e da lui formulata nel 1826. Ha scoperto che la quantità di corrente in una sezione del circuito è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale e inversamente proporzionale alla resistenza di questa sezione.

La legge di Ohm può essere scritta come segue: io = U / R, dove I è il valore dell'intensità di corrente (A), U è la differenza di potenziale (V), R è la resistenza del circuito al passaggio di corrente (Ohm).

Per una catena completa, questa formula può essere scritta come segue: io = E / (R + r0), dove E è l'EMF della sorgente di alimentazione (V), r0 è la resistenza interna della sorgente di tensione (Ohm).

Quindi, per la sezione della catena, l'espressione P = U2 / R = I2R, e per una catena completa - P = (E / (R + R0))²* R. Sono queste due formule che vengono utilizzate più spesso per calcolare le reti elettriche o la potenza delle apparecchiature richieste.

Diversi componenti della rete elettrica in un determinato momento consumano diverse quantità di corrente. Pertanto, è molto importante calcolare correttamente quanta energia viene fornita in un momento o nell'altro. in un determinato punto della catena per evitare sovraccarichi sulla linea e il verificarsi di situazioni di emergenza situazioni.

Questo è ciò che fanno i progettisti di circuiti, semplificandoli al punto da poter calcolare la potenza richiesta utilizzando la legge di Ohm.

Calcolo pratico

Ad esempio, supponiamo di dover scoprire per quale corrente è necessario acquistare un interruttore installato su una sezione del circuito. Allo stesso tempo, è noto che il frigorifero con consumo massimo di un kilowatt, una caldaia (due kilowatt) e un lampadario che consumano 90 watt. Il sito di installazione utilizza una rete monofase progettata per una tensione di esercizio di 220 volt.

Nella prima fase del calcolo, sarà necessario riassumere l'intera potenza degli apparecchi elettrici collegati alla linea. Quindi, P totale. = 1000 + 2000 + 90 +220 = 3310 W. Usando la formula P = io * U, si trova il valore di corrente richiesto: I = P / U = 3310/220 = 15,04 A.

Della gamma standard di interruttori, il valore più vicino è un interruttore automatico da 16 A. Poiché è necessario acquistare un dispositivo di protezione con un piccolo margine, per questo esempio è adatto un interruttore progettato per 20 ampere.

Grazie a tali calcoli, è possibile calcolare qualsiasi parametro del circuito elettrico, ma questo tiene conto di una quantità sufficiente di dati di input.