Formuła znajdowania napięcia: podstawowe pojęcia, znajdowanie poprzez siłę prądu i rezystancję

Projektując obwody dla różnych urządzeń, radioamator musi wykonać dokładne obliczenia za pomocą przyrządów pomiarowych i formuł. W elektrotechnice formuły służą do obliczania ilości energii elektrycznej (wzory na napięcie, rezystancję, prąd itd.).

Ogólne informacje o prądzie elektrycznym

Prąd elektryczny to proces ruchu naładowanych cząstek (wolnych elektronów), który ma wektor kierunkowy. Cząstki poruszają się pod wpływem natężenia pola elektrycznego, które ma kierunek wektorowy. To pole wykonuje pracę poruszania tych cząstek. Siła prądu, napięcie i rezystancja wpływają na pracę pola elektrycznego.

Zmysł fizyczny

Fizyczne znaczenie jest zrozumiałe praca prądu w serwisieodpowiada wysokości opłaty. Ładunek dodatni przemieszcza się z jednego punktu z jednym potencjałem do drugiego, a potencjał w tym punkcie różni się od poprzedniego. W wyniku tego powstaje różnica potencjałów, zwana napięciem lub EMF (siła elektromotoryczna).

Aby w pełni zrozumieć ten fizyczny proces i wyjaśnić fizyczne znaczenie stresu, konieczne jest narysowanie analogii z fajką. Załóżmy, że rura jest wypełniona wodą i przykręcona jest do niej kran, aby spuścić wodę. Ta rura jest również wyposażona w kran do napełniania wody mocną pompą.

Aby zademonstrować analogię, trzeba całkowicie odkręcić kran, woda zacznie się wylewać i można wywnioskować, że ciśnienie jest nieznaczne. W drugim przypadku zawór spustowy nie jest całkowicie otwarty i woda jest zbierana za pomocą pompy. W rurze narasta ciśnienie i ciśnienie wzrasta. Pompa, która wytwarza ciśnienie, to w tym przykładzie siła pola elektrycznego.

Energia elektryczna, jeśli nie jest kontrolowana i nie jest świadoma szkodliwego wpływu na organizm ludzki, może stwarzają wiele problemów począwszy od płonących urządzeń i pożarów, a skończywszy na zagrożeniu życia i zdrowia osoba. Bezpieczeństwo jest bardzo ważne w każdej dziedzinie.

Szkodliwy wpływ na osobę

Elektryczność jest bardzo niebezpieczna i jest przyczyną wypadków. Radioamatorzy są często narażeni na porażenie prądem. Niektórzy radioamatorzy używają palców do sprawdzania napięcia i zaniedbują środki ostrożności. Większość z nich uważa napięcia od 500 V za zagrażające życiu, a 110 i 220 nie są szkodliwe dla zdrowia. Wstrząsy ze źródeł prądowych małej mocy (transformator małej mocy, kondensator) nie są, ich zdaniem, groźne.

Zgodnie ze środkami ostrożności podczas pracy z elektrycznością są w błędzie, ale jest jeszcze inna strona tego problemu: ciało każdej osoby jest indywidualne, ma różne parametry. Z tego stwierdzenia wynika, że ​​śmiertelne właściwości elektryczności (napięcie i prąd) są indywidualne dla każdej osoby. Niektóre mogą zostać trafione przez 36 V, podczas gdy inne nie są przebijane przez 220 V.

Wpływ elektryczności na organizm człowieka zależy od kilku czynników: siły i częstotliwości, czasu i droga przejścia przez ciało, opór ciała lub części ciała, przez którą przepływa obecny.

Naukowcy odkryli, że wartość śmiertelnego prądu oddziałującego na serce wynosi ponad 100 mA. Prądy od 50 mA do 100 mA powodują utratę przytomności przy krótkim dotknięciu powierzchni przewodzącej prąd. Prądy do 50 mA mogą spowodować obrażenia, takie jak upadek ze schodów, poluzowanie przewodu pod napięciem itp.

Wpływ na czynnik porażki ma również odporność ludzkiego ciała. Opór dla każdego osobnika jest trudny do określenia, a jego zakres wynosi od 30 kOhm do 200 kOhm. Wartość ta zależy od wielu czynników: grubości skóry, nawilżenia ciała i otoczenia, zmęczenia, stanu neuroemocjonalnego, choroby i innych czynników. Odporność gwałtownie spada wraz ze wzrostem wilgotności powietrza i pracy w mokrych pomieszczeniach.

Wzór na obliczenie napięcia zagrażającego życiu, przy założeniu, że Rh = 2 kΩ i I = 60 mA, wygląda następująco: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 V. W tej sytuacji niebezpieczne napięcie można uznać za 120 V i więcej.

Częstotliwość prądu to kolejna niebezpieczna cecha, która ma szkodliwy wpływ. Wraz ze wzrostem częstotliwości zagrożenie maleje wprost proporcjonalnie. Prąd ma również efekt termiczny, dlatego prądy o wysokiej częstotliwości nie mogą być uważane za bezpieczne.

Urazy spowodowane elektrycznością nazywane są urazami elektrycznymi. Każdy z nich niesie mniejsze lub większe niebezpieczeństwo. Najgroźniejsze są obrażenia od łuku elektrycznego, który ma wysoką temperaturę 5 tys. do 12 tys stopnie Celsjusza. Rodzaje urazów elektrycznych:

1. Oparzenia elektryczne występują, gdy do tkanek ludzkiego ciała, przez które przepływa prąd, dostanie się ciepło.
2. Oparzenia na skórze pojawiają się, gdy dochodzi do bezpośredniego kontaktu z częścią pod napięciem przewodnika. Dotknięty obszar staje się szary lub jasnoszary.
3. Metalizacja skóry - impregnacja skóry cząstkami metalu podczas zwarcia lub spawania.
4. Uszkodzenie mechaniczne - spontaniczny skurcz mięśni prowadzący do upadku. Kiedy nastąpi upadek, złamania, stłuczenia, zwichnięcia stawów itp.
5. Elektroftalmia - zapalenie błony śluzowej oczu pod wpływem promieniowania z łuku elektrycznego.

Istnieje inny rodzaj obrażeń - porażenie prądem. Ten rodzaj porażki można warunkowo podzielić na 5 grup: bez utraty przytomności; z utratą przytomności związaną z upośledzoną czynnością serca lub bez niej; śmierć kliniczna i porażenie prądem.

Jednostki

Praca pola elektrycznego w celu przemieszczenia ładunku mierzony w J (dżulach), ładunek w C (kulomb). W ten sposób wskazuje się napięcie lub jego jednostkę miary: stosunek tych wielkości (praca na przemieszczenie w J do ładunku elektrycznego w C) i jest różnicą potencjałów, mierzoną w woltach (V) i oznaczoną U. Potencjalna różnica to:

1. Zmienna (zmiana amplitudy i polaryzacji w czasie, w zależności od częstotliwości charakterystycznej).
2. Stała (ma stałą wartość amplitudy, a polaryzacja jest wartością stałą).

A także jednostki miary mają przedrostki, na przykład kV (kilowolt = 1000 V) i MV (megawolt = 1000000 V). Istnieją bardzo niskie wartości, takie jak mV (miliwolt = 0,001 V).

obwody AC i DC

W obwodach prądu przemiennego i stałego U ma różne właściwości i wywiera inny wpływ na przewodniki. Dla stałego napięcia istnieją prawa obliczania jego charakterystyk, ale dla zmiennej metody obliczania wskaźników są zauważalnie różne. Przyjrzyjmy się bliżej wszystkim różnicom i podobieństwom.

Obliczanie i analiza obwodów odbywa się za pomocą prawa Ohma: prąd pełnego obwodu jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do sumy rezystancji obwodu i zasilania.

Konsekwencja prawa, pod warunkiem pominięcia wewnętrznej rezystancji źródła energii elektrycznej: natężenie prądu odcinka obwodu jest wprost proporcjonalne do pola elektromagnetycznego i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji tego odcinka.

Zapisanie prawa Ohma, z którego wynika wzór na napięcie, prąd i rezystancję: I = U / (Rts + Rvn), gdzie I to natężenie prądu, U to EMF, Rts to rezystancja obwodu, Rvn to wewnętrzna rezystancja źródła odżywianie.

Formuła natężenia prądu poprzez rezystancję i napięcie: I = U / Rts.

Wzór napięcia prądu elektrycznego: U = I * Rts.

Aby obliczyć moc, musisz pomnożyć U przez I: P = U * I = U * U / R, gdzie P jest mocą.

Napięcie jednofazowe AC

W obwodach prądu przemiennego zachodzą zupełnie inne zjawiska i procesy, obowiązują dla nich inne prawa. Istnieją takie główne typy:

1. Chwilowa (różnica potencjałów w określonym przedziale czasu: u = u (t)).
2. Wartość amplitudy (maksymalna wartość chwilowego U w chwili czasu: u (t) = Um * sin (wt + f), gdzie w to częstotliwość kątowa, t to określony moment w czasie, a f to kąt początkowa faza napięcia).
3. Średnia wartość (dla sinusoidy wynosi zero).
4. Średnia pierwiastkowa - Uq (U dla całego okresu oscylacji i dla sinusoidy ma postać: Uq = 0,707 * Um).
5. Średnio wyprostowane - Uv (średnia wartość modułu U: Um jest w przybliżeniu równa 0,9 * Uq).

W obwodach prądu trójfazowego rozróżnia się 2 rodzaje napięć: liniowe (faza-faza) i fazowe (faza-zero). Po podłączeniu w obwodzie „trójkąta” faza i liniowa U są równe. W przypadku połączenia „gwiazda” połączenie fazowe jest 1.732050808 razy mniejsze niż liniowe.

Zalecenia dotyczące wyboru urządzenia

Do obliczeń konieczne jest zmierzenie wartości ilości energii elektrycznej. Istnieją specjalne urządzenia, które pomagają dokonywać dokładnych obliczeń. Do pomiaru różnicy potencjałów służy woltomierz.

Woltomierz (wolt jest jednostką pomiaru pola elektromagnetycznego, miernik - mierzę) to urządzenie do pomiaru pola elektromagnetycznego w obwodzie, połączone równolegle z obszarem, w którym należy mierzyć.

W konkretnym przypadku konieczne jest użycie jednego lub drugiego urządzenia. Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, kupowane są urządzenia o wysokiej klasie dokładności. Klasyfikacja woltomierza:

1. Zasada działania: elektromechaniczna (przełącznik) i elektroniczna.
2. Przeznaczenie: prąd stały i przemienny, impulsowy, selektywny i uniwersalny.
3. Konstrukcja: tablica rozdzielcza, przenośna i stacjonarna.

Analogowy woltomierz elektromechaniczny posiada duże błędy pomiarowe w obwodach wysokooporowych, ale sprawdził się w obwodach niskooporowych oraz możliwość modernizacji (podwyższenia wartości pomiarowych U dzięki dodatkowemu rezystorowi).

Woltomierz prostowniczy ma wyższą klasę dokładności. Składa się z samego urządzenia pomiarowego (ma czułość na prąd stały) oraz prostownika. Nie są one zbyt rozpowszechnione ze względu na duże błędy i są wykorzystywane jako urządzenia sygnalizacyjne (przybliżona wartość U).

Woltomierze cyfrowe stosowany w połączonych przyrządach multimetrowych. Napięcie wejściowe na zaciski (sondy pomiarowe) urządzenia jest przekształcane na sygnał za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC). Jest wyświetlany na wyświetlaczu cyfrowym. Tego typu urządzenie jest szeroko stosowane ze względu na swoją dużą dokładność i uniwersalność.

Woltomierz impulsowy należy stosować podczas pomiaru amplitud sygnałów impulsowych i pojedynczych impulsów.

Głównym zastosowaniem woltomierzy fazoczułych jest pomiar składowych kwadraturowych napięcia zespolonego (obecność części urojonej i rzeczywistej) harmonicznej pierwotnej. Zazwyczaj są wyposażone w 2 wskaźniki do identyfikacji części urojonych i rzeczywistych. Są szeroko stosowane w pomiarach AFC (charakterystyka amplitudowo-fazowa) przy doborze części i wzmacniaczy strojenia.

Do pomiaru nominalnego napięcia stałego stosuje się woltomierze podgrupy B2 (woltomierze do napięcia stałego), a także B7 (uniwersalny).

Do określenia napięcia przemiennego konieczne jest zastosowanie urządzeń z podgrupy B3 lub typu uniwersalnego (B7). Jednak te woltomierze często wykorzystują specjalne konwertery z napięcia przemiennego na napięcie stałe.

B3 i B7 są obliczane tylko dla napięcia RMS.. W tych elektrycznych urządzeniach pomiarowych można zastosować detektory (przetworniki): szczytowe, prostownikowe i kwadratowe. Najlepszą opcją jest woltomierz na detektorze prawa kwadratowego, podczas gdy zmierzona wartość jest wyprowadzana bezpośrednio, bez jakiejkolwiek konwersji. Przyrządy pomiarowe na detektorach szczytowych i prostownikowych przeliczają wartości, zmniejszając w ten sposób dokładność pomiaru. Aby zmierzyć okresowe napięcie nieharmoniczne, wybierany jest woltomierz na detektorze prawa kwadratowego.

Zatem, obliczanie napięcia odgrywa ważną rolę w elektrotechnice. Obliczenia dla przemiennych i stałych obwodów prądu elektrycznego różnią się znacznie, w wyniku czego konieczne jest najpierw określenie rodzaju prądu, a następnie wykonanie obliczeń. Ale konieczne jest również przestrzeganie zasad bezpieczeństwa podczas pracy z elektrycznością. W końcu jego główne przepisy opierają się na gorzkich doświadczeniach ludzkości.