Vzorec na zistenie napätia: základné pojmy, zistenie sily a odporu prúdu

Pri navrhovaní obvodov pre rôzne zariadenia musí rádioamatér vykonať presné výpočty pomocou meracích prístrojov a vzorcov. V elektrotechnike sa na výpočet množstva elektriny používajú vzorce (vzorce pre napätie, odpor, prúd atď.).

Všeobecné informácie o elektrickom prúde

Elektrický prúd je proces pohybu nabitých častíc (voľných elektrónov), ktorý má smerový vektor. Častice sa pohybujú pôsobením intenzity elektrického poľa, ktoré má vektorový smer. Toto pole vykonáva prácu na pohybe týchto častíc. Sila prúdu, napätie a odpor ovplyvňujú prácu elektrického poľa.

Fyzický zmysel

Fyzický význam je pochopený aktuálnu prácu na stránkezodpovedajúce výške poplatku. Kladný náboj sa pohybuje z jedného bodu s jedným potenciálom do druhého a potenciál v tomto bode je odlišný od predchádzajúceho. V dôsledku toho vzniká potenciálny rozdiel nazývaný napätie alebo EMF (elektromotorická sila).

Na úplné pochopenie tohto fyzikálneho procesu a objasnenie fyzického významu stresu je potrebné nakresliť analógiu s potrubím. Povedzme, že potrubie je naplnené vodou a je k nemu priskrutkovaný kohútik na vypustenie vody. Toto potrubie je vybavené aj kohútikom na plnenie vody výkonným čerpadlom.

Na demonštráciu analógie musíte úplne otvoriť kohútik, voda začne vytekať a dá sa usúdiť, že tlak je zanedbateľný. V druhom prípade nie je vypúšťací ventil úplne otvorený a voda sa zhromažďuje pomocou čerpadla. V potrubí sa vytvára tlak a tlak sa zvyšuje. Čerpadlo, ktoré vytvára tlak, je v tomto príklade intenzita elektrického poľa.

Elektrina, ak nie je kontrolovaná a nie si vedomá škodlivých účinkov na ľudský organizmus, môže spôsobujú mnohé problémy od horiacich spotrebičov a požiarov až po ohrozenie života a zdravia osoba. Bezpečnosť je veľmi dôležitá v akejkoľvek oblasti.

Škodlivý účinok na človeka

Elektrina je veľmi nebezpečná a je príčinou nehôd. Rádioamatérom hrozí úraz elektrickým prúdom pomerne často. Niektorí rádioamatéri používajú prsty na testovanie napätia a zanedbávajú bezpečnostné opatrenia. Väčšina z nich považuje napätie od 500 V za životu nebezpečné a 110 a 220 sú zdraviu neškodné. Nárazy zo zdrojov prúdu s nízkym výkonom (transformátor s nízkym výkonom, kondenzátor) podľa ich názoru nie sú nebezpečné.

Podľa bezpečnostných opatrení pri práci s elektrickou energiou sa mýlia, ale táto otázka má aj inú stránku: telo každého človeka je individuálne, má rôzne parametre. Z tohto tvrdenia vyplýva, že smrteľné charakteristiky elektriny (napätie a prúd) sú u každého človeka individuálne. Niektoré môžu byť zasiahnuté 36 V, zatiaľ čo iné nie sú preniknuté 220 V.

Účinok elektriny na ľudský organizmus závisí od viacerých faktorov: sily a frekvencie, času a dráha prechodu cez telo, odpor tela alebo časti tela, ktorou preteká prúd.

Vedci zistili, že hodnota smrteľného prúdu, ktorý postihuje srdce, je viac ako 100 mA. Prúdy od 50 mA do 100 mA spôsobujú stratu vedomia pri krátkom dotyku s povrchom, ktorý vedie prúd. Prúdy do 50 mA môžu spôsobiť zranenia, ako je pád zo schodov, uvoľnenie vodiča pod napätím atď.

Vplyv na faktor porážky má aj odolnosť ľudského tela. Odpor pre každého jednotlivca je ťažké určiť a jeho rozsah je od 30 kOhm do 200 kOhm. Táto hodnota závisí od mnohých faktorov: hrúbka kože, vlhkosť tela a prostredia, únava, neuro-emocionálny stav, choroba a ďalšie faktory. Odolnosť prudko klesá so zvýšenou vlhkosťou vzduchu a prácou vo vlhkých priestoroch.

Vzorec na výpočet život ohrozujúceho napätia za predpokladu, že Rh = 2 kΩ a I = 60 mA, vyzerá takto: U = I * R = 0,06 * 2000 = 120 V. V tejto situácii možno považovať za nebezpečné napätie 120 V a vyššie.

Frekvencia prúdu je ďalšou nebezpečnou charakteristikou, ktorá má škodlivý účinok. Keď sa frekvencia zvyšuje, nebezpečenstvo priamo úmerne klesá. Prúd má tiež tepelný účinok, preto vysokofrekvenčné prúdy nemožno považovať za bezpečné.

Poranenia spôsobené elektrinou sa nazývajú úrazy elektrickým prúdom. Každý z nich nesie menšie alebo väčšie nebezpečenstvo. Najnebezpečnejšie sú zranenia spôsobené elektrickým oblúkom, ktorý má vysokú teplotu 5 tis. do 12 tisíc stupne Celzia. Druhy úrazov elektrickým prúdom:

1. Elektrické popáleniny vznikajú pri pôsobení tepla na tkanivá ľudského tela, cez ktoré preteká prúd.
2. Popálené miesta na koži vznikajú pri priamom kontakte so živou časťou vodiča. Postihnutá oblasť sa stáva sivou alebo bledosivou.
3. Metalizácia kože - impregnácia kože kovovými časticami pri skrate alebo zváraní.
4. Mechanické poškodenie - spontánny svalový kŕč, ktorý vedie k pádu. Pri páde zlomeniny, modriny, vykĺbenie kĺbov atď.
5. Elektroftalmia - zápal sliznice očí pri vystavení žiareniu z elektrického oblúka.

Existuje ďalší typ zranenia - úraz elektrickým prúdom. Tento typ porážky možno podmienečne rozdeliť do 5 skupín: bez straty vedomia; so stratou vedomia spojenou s poruchou srdcovej činnosti alebo bez nej; klinická smrť a úraz elektrickým prúdom.

Jednotky

Práca elektrického poľa na pohyb náboja merané v J (Joule), náboj v C (coulomb). Takto sa označuje napätie alebo jeho merná jednotka: pomer týchto veličín (práca na posune v J na elektrický náboj v C) a je potenciálny rozdiel, meraný vo voltoch (V) a označený U. Potenciálny rozdiel je:

1. Variabilné (amplitúda a polarita sa časom menia v závislosti od charakteristickej frekvencie).
2. Konštantná (má konštantnú hodnotu amplitúdy a polarita je konštantná hodnota).

A tiež jednotky merania majú predpony, napríklad kV (kilovolt = 1 000 V) a MV (megavolt = 1 000 000 V). Existujú veľmi nízke hodnoty, ako napríklad mV (milivolt = 0,001 V).

AC a DC obvody

V obvodoch so striedavým a jednosmerným prúdom má U rôzne vlastnosti a vytvára rôzne účinky na vodiče. Pre konštantné napätie existujú zákony na výpočet jeho charakteristík, ale pre premennú sú metódy výpočtu ukazovateľov výrazne odlišné. Pozrime sa bližšie na všetky rozdiely a podobnosti.

Výpočet a analýza obvodov sa vykonáva pomocou Ohmovho zákona: prúd celého obvodu je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný súčtu odporov obvodu a napájacieho zdroja.

Dôsledok zo zákona za predpokladu, že sa zanedbá vnútorný odpor zdroja elektriny: prúdová sila časti obvodu je priamo úmerná EMF a nepriamo úmerná odporu tejto časti.

Zápis Ohmovho zákona, z ktorého vyplýva vzorec pre napätie, prúd a odpor: I = U / (Rts + Rvn), kde I je sila prúdu, U je EMF, Rts je odpor obvodu, Rvn je vnútorný odpor zdroja výživa.

Vzorec sily prúdu cez odpor a napätie: I = U / Rts.

Vzorec napätia elektrického prúdu: U = I * Rts.

Ak chcete vypočítať výkon, musíte vynásobiť U I: P = U * I = U * U / R, kde P je výkon.

Jednofázové striedavé napätie

V obvodoch na striedavý prúd sa vyskytujú úplne iné javy a procesy, platia pre ne iné zákony. Existujú také hlavné typy:

1. Okamžitý (potenciálny rozdiel v konkrétnom časovom intervale: u = u (t)).
2. Hodnota amplitúdy (maximálna hodnota okamžitého U v čase: u (t) = Um * sin (wt + f), kde w je uhlová frekvencia, t je špecifický okamih a f je uhol počiatočná fáza napätia).
3. Priemerná hodnota (pre sínusoidu je nula).
4. Odmocnina - Uq (U pre celú periódu kmitania a pre sínusoidu má tvar: Uq = 0,707 * Um).
5. Priemer-narovnaný - Uv (priemerná hodnota modulu U: Um je približne rovná 0,9 * Uq).

V 3-fázových prúdových obvodoch sa rozlišujú 2 typy napätí: lineárne (fáza-fáza) a fázové (fáza-nula). Pri zapojení do obvodu "trojuholník" sú fáza a lineárne U rovnaké. V prípade "hviezdicového" zapojenia je fázové pripojenie 1,732050808 krát menšie ako lineárne.

Odporúčania pre výber zariadenia

Pre výpočty je potrebné merať hodnoty množstiev elektriny. Existujú špeciálne zariadenia, ktoré pomáhajú robiť presné výpočty. Na meranie rozdielu potenciálov sa používa voltmeter.

Voltmeter (volt je jednotka merania EMF, meter - meriam) je zariadenie na meranie EMF v obvode, zapojené paralelne s oblasťou, kde je potrebné merať.

Pre konkrétny prípad je potrebné použiť jedno alebo druhé zariadenie. Pre presnejšie výpočty sú zakúpené zariadenia s vysokou triedou presnosti. Klasifikácia voltmetra:

1. Princíp činnosti: elektromechanický (spínač) a elektronický.
2. Účel: jednosmerný a striedavý prúd, impulzný, selektívny a univerzálny.
3. Prevedenie: panelová doska, prenosná a stacionárna.

Analógový elektromechanický voltmeter má veľké chyby merania v obvodoch s vysokým odporom, ale osvedčil sa v obvodoch s nízkym odporom a možnosťou upgradu (zvýšenie nameraných hodnôt U vďaka prídavnému odporu).

Voltmeter usmerňovača má vyššiu triedu presnosti. Pozostáva zo samotného meracieho zariadenia (má citlivosť na jednosmerný prúd) a usmerňovača. Pre veľké chyby nie sú veľmi rozšírené a používajú sa ako signalizačné zariadenia (približná hodnota U).

Digitálne voltmetre používané v kombinovaných multimetrových prístrojoch. Vstupné napätie na svorky (meracie sondy) zariadenia je prevedené na signál pomocou analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Zobrazuje sa na digitálnom displeji. Tento typ zariadenia je široko používaný vďaka svojej vysokej presnosti a všestrannosti.

Pulzný voltmeter sa musí použiť pri meraní amplitúd impulzných signálov a jednotlivých impulzov.

Hlavnou aplikáciou fázovo citlivých voltmetrov je meranie kvadratúrnych zložiek komplexného napätia (prítomnosť imaginárnej a reálnej časti) primárnej harmonickej. Zvyčajne sú vybavené 2 indikátormi na identifikáciu imaginárnych a skutočných častí. Široko sa používajú pri meraní AFC (amplitúdovo-fázovej charakteristiky) pre výber dielov a ladiacich zosilňovačov.

Na meranie menovitého jednosmerného napätia sa používajú voltmetre podskupiny B2 (voltmetre pre jednosmerné napätie), ako aj B7 (univerzálne).

Na určenie striedavého napätia je potrebné použiť zariadenia z podskupiny B3 alebo univerzálneho typu (B7). Tieto voltmetre však často používajú špeciálne prevodníky zo striedavého napätia na jednosmerné napätie.

B3 a B7 sú vypočítané len pre efektívne napätie.. V týchto elektrických meracích prístrojoch je možné použiť detektory (prevodníky): špičkové, usmerňovacie a kvadratické. Najlepšou možnosťou je voltmeter na štvorcovom detektore, pričom nameraná hodnota je vyvedená priamo bez akejkoľvek konverzie. Meracie prístroje na špičkových a usmerňovacích detektoroch prepočítavajú hodnoty, čím znižujú presnosť merania. Na meranie periodického neharmonického napätia sa zvolí voltmeter na štvorcovom detektore.

Teda, výpočet napätia zohráva v elektrotechnike dôležitú úlohu. Výpočty pre striedavé a konštantné obvody elektrického prúdu sa výrazne líšia, v dôsledku čoho je potrebné najskôr určiť typ prúdu a potom vykonať výpočty. Pri práci s elektrinou je ale tiež potrebné dodržiavať bezpečnostné opatrenia. Koniec koncov, jeho hlavné ustanovenia sú založené na trpkej skúsenosti ľudstva.