Полезная информация для начинающего электрика
Одним из первых шагов в профессиональной практике должно стать обучение использованию закона Ома для подсчетов различных показателей в сетях с одной или тремя фазами. Нужно также усвоить способы защиты электросети от выходов показателей тока и напряжения за дозволенные рамки и иных экстремальных ситуаций.
Как использовать закон Ома на практике
За выполняемую в сети работу всегда ответственен электроток. Именно он инициирует загорание электролампы, вращение ротора двигателя, сварку металлов и иные процессы, связанные с эксплуатацией электрического оборудования. Для рационального и безопасного выполнения таких работ необходимо, чтобы показатель электротока находился в пределах номинала. Он определяется резистивностью среды, в которой происходит токовое движение, и прилагаемым напряжением, которое, выступая в виде разницы прилагаемых энергетических потенциалов, ответственно за появление тока в цепи.
Важно! Если провод, через который осуществляется питание, обрывается или перегорает, схема обесточивается и становится неспособной реализовывать полезную работу. В проводах с тонким сечением это встречается чаще других
Сверхвысокое сопротивление дает противоположный эффект, настолько уменьшая ток, что становится невозможным выполнение им работы.
Примеры из жизни
Один из таковых – разрыв выключателем света цепи проводки, служащей для напряжения путем, по которому оно доходит до лампы. Просвет между контактами не дает току идти по светильнику.
Еще один пример – замыкание розеточных клемм, инициирующее инцидент короткого замыкания. Для его предотвращения применяются предохранители, обеспечивающие максимальную быстроту выключения запитывающего напряжения.
Что такое участок цепи
Простейший его вариант включает в себя лампу, аккумулятор и соединительные кабели. Батарея выступает как внутренний источник напряжения, а лампа и прилегающая проводка выступают как фрагмент электроцепи, в котором выполняется полезная работа.
Как использовать треугольник закона Ома
Этот символ облегчает запоминание омовского правила. Сверху его находится напряжение, внизу – две другие величины. При необходимости вычислить один из параметров по известным значениям других его выделяют из фигуры и производят релевантное случаю действие: умножение или деление.
Треугольник Ома
Без умения применять омовский закон и вытекающие из него следствия на практике невозможно корректное обращение с электропроводкой. Для облегчения запоминания рекомендуется использовать треугольник Ома.
Связь работы и мощности
Мощность электрического тока оценивается по количеству работы, которая выполняется в течение заданного времени. Из курса физики мы знаем, что мощность постоянного тока выражается простой формулой:
P = U × I
Постоянный ток — это электрический ток, который не меняет своего направления. Если вернуться к аналогии выше, то напор воды — это именно постоянный ток. Переменный ток в замкнутой цепи с определенной частотой изменяет свою полярность, а это приводит к запаздыванию напряжения. Для цепей переменного тока требуется учитывать сдвиг напряжения, который в векторной алгебре косинусом угла fi между векторами тока и напряжения:
P = U × I × cosfi
Если же вектора сонаправлены (угол между векторами равен 0 градусов), то косинус 0 превращается в единицу. Очевидно, что в формуле работы мы можем заменить произведение U × I на мощность и получим простую формулу:
A = P × t или P = A / t,
из чего следует, что мощность — это количество работы, совершаемой за единицу времени.
Наш калькулятор подходит для вычисления мощности постоянного или переменного тока: в формулу заложено итоговое значение мощности, поэтому нам не важен характер тока. Для использования инструмента достаточно заполнить две ячейки из трех, после чего неизвестное будет подсчитано автоматически. В школьных задачках вам потребуется вычислить мощность как произведение тока и напряжения, а в бытовых вопросах мощность всегда указывается на щитке электроприборов.
Понятия тока, напряжения и работы
Для упрощенного рассмотрения электрического тока и связанных с ним понятий напряжения, работы и мощности, возьмем простую аналогию с потоком жидкости. Представьте себе трубку, по которой течет вода. Жидкость может течь из-за разности высот разных точек гибкой трубки или под напором из крана. Поток воды обладает потенциальной энергией, которую можно использовать, направив его, например, на лопасти водяной мельницы. В этом случае вода начнет выполнять работу, приводя в движение жернова.
Все тоже самое и с электрическим током. Если в проводнике в разных точках присутствует разный электрический потенциал, то в этом месте создается напряжение, заставляющее электроны перетекать от одной точки к другой. Это и есть электрический ток. Пока ток течет «впустую», он обладает некой энергией. Если мы направим ток на замкнутую металлическую рамку, находящуюся в магнитном поле, то рамка начнет вращаться, совершая работу, и именно по этому принципу работают электродвигатели.
Работа воды на мельнице зависит от силы напора воды и ее объема. Сравните силу воды из водяного пистолета и пожарного брандспойта. Очевидно, что в последнем случае вода совершает гораздо большую работу. Аналогично все происходит и с электрическим током. Чем сильнее напряжение (напор) и сила тока (объем воды), тем большую работу мы можем выполнить. Естественно, любая работа выполняется не мгновенно, а в течение какого-то промежутка времени, даже если это миллисекунды. Математически для цепей постоянного тока это выражается следующей формулой:
A = I × U × t,
где I — сила тока, U — напряжение, t — время.
Закон Ома для участка цепи
Классическая формулировка имеет следующий вид: токовая сила на фрагменте электроцепи находится в обратно пропорциональном отношении с его сопротивлением и в прямом – с напряжением на его окончаниях. В формульном виде это можно представить так:
I=U/R, где латинские буквы обозначают (слева направо) силу электротока, напряжение и сопротивление.
Для цельной цепи формулировка будет иметь следующий вид: ток напрямую связан с имеющейся в электроцепи электродвижущей силой, а также находится в отношениях обратной зависимости с суммой двух сопротивлений: цепного и имеющегося у источника тока.
Важно! Закон Ома калькулятор онлайн позволит произвести расчет значения любого неизвестного показателя из трех. Пользователь вводит в поля имеющиеся результаты измерений и ожидает выдачи искомого параметра
Примеры из реальной жизни
Школьная задача
В простых задачах по физике не требуется промежуточных вычислений. Давайте попробуем вычислить время работы прибора, если его мощность составляет 300 Вт, а выполненная работа равна 65 000 Дж. Для решения нам достаточно заполнить соответствующие ячейки и получить ответ, что электроприбор работал 216 секунд.
Бытовой расчет
Давайте вычислим, на сколько времени непрерывной работы хватает обычного смартфона. Известно, что емкость аккумулятора составляет 4,1 А·ч, мощность смартфона равна 3 Вт, а напряжение заряда составляет 5 В. Мы знаем, что количество запасенной энергии можно подсчитать, просто умножив емкость на напряжение. Получим, что аккумулятор смартфона запасает 20,5 Вт·ч. Переведем Вт·ч в Дж, зная, что 1 Вт·ч = 3 600 Дж. Получим, что энергия, запасаемая аккумулятором смартфона, равна 73 800 Дж. Теперь у нас есть все данные. Введем в соответствующие ячейки значения энергии и мощности и получим, что телефон способен непрерывно работать 24 600 секунд или почти 8 часов. Похоже на правду.
Простые примеры расчета
Чтобы научиться пользоваться омовским правилом на практике, необходимо представлять, как проводятся расчеты для показателей электроприборов в домашних сетях, а также в подключенных к источнику постоянного тока схемах с параллельным или последовательным соединением.
Бытовая сеть переменного тока
С помощью калькулятора можно выполнять обработку данных, позволяющую установить исправность бытовых электроприборов. Пользователь может узнать, релевантны ли показатели заявленным производителем в инструкции, и нет ли нужды в замене каких-либо деталей агрегата.
Пример №1 Проверка ТЭНа
Имеется цель проверить функционирование трубчатого электрического нагревателя, установленного в стиральный агрегат. Известно, что он рассчитан на подключение к сети в 220 вольт, а мощность его составляет 1250 ватт. Базируясь на этих данных, можно рассчитать следующие показатели:
- сила тока: I=1250/220=5,68 А;
- сопротивление: R=220/5,68=38,7 Ом.
После этого можно проводить проверку измерительными приборами с целью установить, насколько получившиеся значения релевантны эталонным.
ТЭН стиральной машины
Пример №2 Проверка сопротивления двигателя
Наглядным примером может быть моющий пылесос для проведения влажной уборки. Целью будет определение сопротивления заводского электродвигателя и потребляемого агрегатом тока. Известно, что мощность прибора составляет 1600 ватт, и он рассчитан на использование в сети на 220 вольт. Из этих данных можно определить токовую силу:
I=1600/220=7,3 А.
В поля калькулятора нужно ввести значение напряжения, на которое рассчитано устройство, и подсчитанную токовую силу. Инициировав подсчет, нужно дождаться вывода результатов на экран. По полученным данным сопротивление при мощности в 1,6 квт будет составлять 30,1 Ом.
Цепи постоянного тока
Для иллюстрации работы с такими цепями на бытовом примере хорошо подойдет лампа, вмонтированная в автомобильную фару. Если галогенный элемент с мощностью 55 ватт имеет эксплуатационное напряжение 12 В, электроток будет равен:
I=55/12=4,6 А.
Чтобы узнать сопротивление размещенной в лампочке вольфрамовой нити, нужно заполнить поля калькулятора, указав найденную токовую силу и напряжение эксплуатации. Он вернет искомое значение R.
Важно! Если поставить щупы мультиметра к лампе в не нагретом состоянии, полученный показатель сопротивления будет меньше. Присущую вольфраму способность менять сопротивление при накаливании используют для создания недорогих ламп простой конструкции
Когда металлическая нить нагревается, сопротивление препятствует нарастанию тока. Если такой же электроток будет течь через холодную нить, есть шанс, что она перегорит. Чтобы увеличить срок эксплуатации таких ламп, подойдет ступенчатое наращивание подаваемого напряжения от нулевого значения до номинала. Для этого можно использовать ограничительное реле
Присущую вольфраму способность менять сопротивление при накаливании используют для создания недорогих ламп простой конструкции. Когда металлическая нить нагревается, сопротивление препятствует нарастанию тока. Если такой же электроток будет течь через холодную нить, есть шанс, что она перегорит. Чтобы увеличить срок эксплуатации таких ламп, подойдет ступенчатое наращивание подаваемого напряжения от нулевого значения до номинала. Для этого можно использовать ограничительное реле.
Автомобильная лампа
