Gc-helper.ru

ГК Хелпер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Измерения тока в лампе рисунок

Основы измерений, как выполнять измерения в радиоэлектронике

Основы измерений для начинающих радиолюбителей и тех кто начал заниматься радиоэлектроникой, что такое точность измерений, измерение постоянного напряжения и другие полезные знания. При ремонте или налаживании электронной техники невозможно обойтись без измерений силы тока, напряжения, сопротивления, а так же других электрических величин, от которых зависит работа схемы.

Вступление

Наиболее часто приходится измерять постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления. Для этих целей выпускаются различные комбинированные измерительные приборы. Самый популярный из них, — цифровой мультиметр (типа М-838 или аналогичный).

Недорогой прибор, позволяющий измерять постоянное и переменное напряжение, постоянный ток, сопротивление, а так же проверять диоды и маломощные транзисторы.

У некоторых моделей есть «прозвонка» (пищит, когда щупы замкнуты), а более дорогие могут еще измерять емкости конденсаторов, частоту электрических колебаний и быть источником импульсов (генератором), частотой около 1 кГц.

Мало владеть прибором, необходимо еще и уметь им пользоваться, да так, чтобы не повредить прибор или «объект измерения».

Точность измерения

Измерить электрическую величину, и вообще любую величину, с абсолютной точностью невозможно.

Всегда существует погрешность, зависящая как от самого измерительного прибора, так и от человека, проводящего измерение. Например, точность измерения сильно зависит от правильности выбора предела измерения. Допустим, в какой-то цепи есть напряжение 2,9875V.

Если вы пользуетесь мультиметром, чтобы получить наиболее точный результат измерения, нужно, в данном случае, выбрать предел «20V». На этом пределе мультиметр покажет «2,98V». Если же вы выберете предел «200V», прибор покажет «2,9V».

Измерительные приборы делятся на семь классов точности: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (кроме особых случаев, когда требуются сверхточные измерения).

Эти числа показывают какую погрешность допускает прибор, в процентах от выбранного предела измерения. Недорогие приборы, типа мультиметра М-838, обычно, не дают погрешность меньше класса 1,0.

Таким образом, если ваш мультиметр соответствует классу точности 1,0, то на пределе «20V» он может ошибаться не более чем на 0,2V (20/100 * 1,0=0,2).

Кроме класса точности прибора и правильности выбора предела измерения, на результат измерения оказывает влияние и такой показатель, как внутреннее (или входное) сопротивление. Но об этом позже.

Измерение постоянного напряжения

При измерении напряжения, вольтметр или мультиметр, предварительно переключенный на измерение постоянного напряжения (DCV), подключают параллельно источнику напряжения, которое нужно измерить. Предположим, нужно измерить напряжение на резисторе R2 (рис. 1). Для этого мультиметр М мы подключаем параллельно резистору R2.

Полярность измеряемого постоянного напряжения мультиметр показывает относительно своего гнезда «СОМ». То есть, в схеме на рис. 1, щуп, идущий от гнезда «СОМ» подсоединен к минусу измеряемого напряжения, а второй щуп (V) — к плюсу. Таким образом, напряжение на щупе V относительно щупа СОМ положительное.

Рис. 1. Экспериментальная схема.

Если щупы поменять местами или перевернуть «батарейку» G1, напряжение на щупе V относительно щупа СОМ будет отрицательным, и на табло мультиметра перед числом-результатом измерения появится значок «-». Как видите, чтобы измерить напряжение нужно знать две точки, между которыми есть искомое напряжение.

Когда говорят, что нужно измерить напряжение на резисторе, конденсаторе или каком-то другом объекте, имеющим два вывода, все понятно, — один щуп подключаем к одному выводу, а второй -к другому. Но как быть, если требуется измерить напряжение в точке «А», или на коллекторе VТ1 (рис. 2)?

Здесь следует знать, что если нигде не говорится относительно чего нужно измерять напряжение в данной точке, его всегда измеряют относительно общего провода. Таким образом, щуп «СОМ» мультиметра подключаем к общему проводу схемы, а второй щуп — к точке, в которой требуется измерить напряжение, в данном случае к коллектору VT1 (рис. 2).

Рис. 2. Подключение вольтметра для измерения нпаряжения на коллекторе транзистора относительно общего.

Если же сказано, что напряжение на коллекторе VT1 нужно измерить относительно его эмиттера, то прибор нужно подключать, соответственно, между эмиттером и коллектором транзистора (рис. 3).

Рис. 3. Измерение напряжения на коллекторе транзистора относительно эмиттера.

Поэтому, прежде чем начинать измерять напряжения в схеме, нужно разобраться относительно чего это делать. И подключить «СОМ» мультиметра к тому самому месту, относительно которого нужно измерить напряжение.

Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением, которое в определенных случаях может оказывать очень существенное влияние на результат измерения.

Может быть даже так, что при подключении вольтметра с недостаточно большим внутренним (входным) сопротивлением схема вообще перестанет работать.

Чтобы понять, почему входное сопротивление вольтметра должно быть как можно больше, обратимся к рисунку 4. Предположим, есть делитель напряжения на двух одинаковых резисторах по 100 кОм каждый. Значит, напряжение на резисторе R2 (U2), согласно формуле: U1/U2=(R1+R2)/R2, будет равно половине напряжения источника питания G1 (U1), то есть 4,5V.

Рис. 4. Схема эксперимента с сопротивлением вольтметра.

А теперь посмотрим, что произойдет, если к R2 подключить вольтметр, у которого внутреннее (входное) сопротивление (RV) равно, допустим, 10 кОм. Внутренне сопротивление вольтметра RV окажется включенным параллельно резистору R2 (зашунтирует его).

В результате фактическое сопротивление R между минусом источника питания G1 и точкой соединения R1 и R2 упадет до величины, определяемой формулой: R=(R2*RV)/(R2+RV), и будет уже не 100 кОм, а всего около 9,09 кОм.

Теперь, согласно формуле U1/U2=(R1+R)/R, напряжение на R2, при подключенном к R2 вольтметре с внутренним сопротивлением 10кОм, будет около 0,749V.

И это напряжение покажет вольтметр, вместо положенных 4,5V! Если же внутреннее сопротивление вольтметра значительно больше R2, например, 1000 кОм (1 Мегаом), результат измерения будет ближе к реальному:

R= (100*1000)/(100+1000) = 90,9 кОм.

U2= 9 /((100+90,9)/90,9) = 4,286V.

Как видите, чем выше внутреннее (входное) сопротивление вольтметра по отношению к внутреннему сопротивлению источника (или элемента схемы) на котором нужно измерить напряжение, тем показания прибора будут достовернее.

В технической документации входное сопротивление вольтметров (или универсальных приборов при измерении напряжения) обычно указывается в Ом/В.

Это значит, что чтобы узнать фактическое входное сопротивление прибора на каком-то пределе измерения, нужно указанное сопротивление умножить на выбранный предел измерения.

Допустим, в паспорте мультиметра указано входное сопротивление равно 300 кОм/В. Это значит, если мультиметр переключить, например, на предел «20V», его входное сопротивление составит шесть мегаом (300кОм * 20В = 6000кОм).

Измерение переменного напряжения

Практически все выше сказанное об измерении постоянного напряжения остается в силе и при измерении переменного. Но есть и существенные отличия.

Например, точность измерения переменного напряжения сильно зависит от частоты переменного тока, напряжение которого измеряют.

Большинство мультиметров откалиброваны на переменное напряжение 50 Гц (или 60 Гц), поэтому, при измерении напряжения более высокой, например, звуковой частоты их показания могут значительно отличаться.

В паспортах некоторых мультиметров указывается погрешность при измерении на разных частотах, например, 50 Гц и 1000 Гц или 50 Гц, 1000 Гц и 10000 Гц.

Другая интересная деталь — одни приборы, в режиме измерения переменного напряжения, никак не реагируют на постоянное напряжение, а другие при наличии постоянного напряжения в измеряемой цепи показывают какие-то ошибочные числа.

Например, если мультиметр М-838, переключенный на измерение переменного напряжения (АСV) подключить к источнику постоянного напряжения, он покажет число, примерно в полтора раза больше постоянного напряжения этого источника. А вот более дорогой мультиметр, — DT9206 при измерении переменного напряжения на постоянное не реагирует никак (показывает нули).

Читать еще:  Как ограничить ток включения лампы

Дело в том, что в одних приборах, таких как DT9206, есть разделительный конденсатор, который при измерении переменного напряжения включается на входе прибора и не пропускает постоянное напряжение на его схему. В М-838 такого конденсатора нет.

Это обязательно нужно знать, когда измеряете переменное напряжение в цепи, где есть постоянная составляющая. На рисунке 5 показана схема выходной части усилительного каскада. Обратите внимание, — на коллекторе транзистора присутствует постоянное напряжение 50V и переменное 20V.

Чтобы измерить переменное напряжение таким прибором, как М-838 (без разделительного конденсатора на входе), его нужно подключить через конденсатор (Сх). А вот прибор типа DT9206 можно подключать непосредственно, на его показания постоянная составляющая не влияет.

Рис. 5. Схема выходной части усилительного каскада.

Измерение силы тока

Чтобы измерить силу тока (или просто, — измерить ток) амперметр (или комбинированный прибор, измеряющий силу тока) включают в электрическую цепь последовательно (рис. 6). Иначе говоря, в разрыв цепи, так, чтобы через прибор протекал весь ток, силу которого нужно измерить.

На рис. 6 показано как включают прибор при измерении тока потребления усилительным каскадом, а на рисунке 7, — тока коллектора транзистора.

Рис. 6. Включение амперметра при измерении тока потребления усилительным каскадом.

На результат измерения силы тока оказывает влияние сопротивление измерительного прибора. Но это влияние обратно тому, что оказывает вольтметр на измеряемое напряжение. Амперметр включается цепь последовательно, и его сопротивление складывается с сопротивлением цепи.

Общее сопротивление цепи увеличивается, а сила тока уменьшается. Поэтому сопротивление прибора, измеряющего силу тока должно быть минимальным. Измеряя силу тока мультиметр переключают в положение «DCA».

При измерении слабых токов щупы прибора устанавливают в те же гнезда, что и при измерении напряжения. Для измерения силы тока более 200мА (0,2А), до 10А мультиметры имеют дополнительное гнездо с предохранителем.

Рис. 7. Измерение тока коллектора транзистора.

Серьезный недостаток непосредственного измерения силы тока в том, что для подключения прибора нужно сделать разрыв в цепи. Особенно это неудобно при измерении больших и очень больших токов.

Поэтому, для измерения больших токов используют приборы с так называемыми «токовыми клещами», которые представляют собой датчик тока, определяющий силу тока по магнитному полю, создаваемому током.

Внешне токовые клещи, действительно похожи на клещи или прищепку, которую надевают на проводник с измеряемым током. Еще одно достоинство токовых клещей в том, что измерительный прибор оказывается полностью изолированным от измеряемой цепи.

Измерение сопротивления

Для измерения сопротивления омметр (или мультиметр, в режиме измерения сопротивлений) пропускает через измеряемое сопротивление ток. Сопротивление определяется соответственно Закону Ома R = U / I. Если поддерживать постоянной величину напряжения, приложенного к цепи, сопротивление которой нужно измерить, то ток в цепи будет в обратной зависимости от сопротивления.

Именно поэтому шкалы стрелочных омметров максимальное сопротивление показывают при минимальном отклонении стрелки, а при минимальном сопротивлении стрелка максимально отклоняется. Цифровые приборы сопротивление определяют по напряжению на цепи, сопротивление которой нужно измерить, придерживая ток в цепи стабильным.

В этом случае, напряжение будет в прямой зависимости от измеряемого сопротивления, а показания прибора будут в прямой зависимости от измеряемого сопротивления. Как бы не была построена схема измерительного прибора, сопротивление он всегда измеряет сопротивление пропуская через объект измерения ток.

А это значит, что схема, в которой нужно измерить сопротивление должна быть полностью обесточена, выключена. Иначе, ток, имеющийся в схеме будет взаимодействовать с током, пропускаемым омметром через измеряемое сопротивление, и результат измерения будет ошибочным. Более того, ток, имеющийся в измеряемой цепи, может вывести прибор из строя.

Поэтому, всегда отключайте цепь от источника питания, перед тем как начнете измерять в ней сопротивление. И еще один важный момент, — измеряя сопротивление какой-то детали или части схемы, необходимо эту деталь отключить от схемы, чтобы на показания прибора не оказывали влияния другие детали схемы, обладающие собственными сопротивлениями.

Например, если вы захотите измерить сопротивление резистора, установленного на плате, необходимо хотя бы один из его выводов выпаять из платы. Иначе омметр покажет не сопротивление этого резистора, а результирующее сопротивление всей схемы имеющейся между точками подключения выводов этого резистора.

Физика. Информатика. Портфолио.

Нашёл ошибку!?

Кто здесь?

Сейчас на сайте 13 гостей и нет пользователей

Последние слова

  • Timurasfdc

Информатика

  • Информатика 5
  • Информатика 6
  • Информатика 7
  • Информатика 8
  • Информатика 9
  • Информатика 10
  • Информатика 11

Глобус

Статистика

  • Пуск
  • Физика 8
  • Лабораторные работы
  • № 09 Измерение работы и мощности тока в лампе

№ 09 Измерение работы и мощности тока в лампе

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Лабораторная работа № 9

Тема: Измерение мощности и работы тока в электрической лампе.

Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы.

Оборудование:

  • источник тока (батарея или аккумулятор);
  • низковольтная лампа на подставке;
  • вольтметр;
  • амперметр;
  • ключ;
  • соединительные провода;
  • секундомер (часы с секундной стрелкой).

Указания к работе

1. Соберите цепь из источника тока, лампы, амперметра и ключа, соеденив все последовательно (смотри рисунок).

2. Измерьте вольтметром напряжение на лампе.

3. Начертите в теради схему собраной цепи и запишите показания приборов.

4. Вычислите мощность тока в лампе.

5. Заметьте время включения и выключения лампы. По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе.

6. Проверьте, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. Если значения не совпадают, объясните причину этого.

Условные обозначения в различных электрических схемах

Чтение электрических схем необходимый навык для представления работы электрических сетей, узлов, а также различного оборудования. Ни один специалист не приступит к монтажу оборудования, до ознакомления с нормативными сопровождающими документами.

Принципиальные электрические схемы позволяют разработчику донести полный доклад об изделии в сжатом виде до пользователя, используя условно графические обозначения (УГО). Чтобы избежать путаницы и брака при сборке по чертежам, буквенно-графические обозначения занесены в единую систему конструкторской документации (ЕСКД). Все принципиальные схемы разрабатываются, и применяются в полном соответствии с ГОСТами (21.614, 2.722-68, 2.763-68, 2.729-68, 2.755-87). В ГОСТе описываются элементы, приводится расшифровка значений.

Чтение чертежей

Принципиальная электрическая схема показывает все элементы, детали и сети, входящие в состав чертежа, электрические и механические связи. Раскрывает полную функциональность системы. Всем элементам любой электрической схемы соответствуют обозначения, позиционированные в ГОСТе.

К чертежу прилагается перечень документов, в котором прописываются все элементы, их параметры. Компоненты указываются в алфавитном порядке, с учетом цифровой сортировки. Перечень документов (спецификация) указывается на самом чертеже, либо выносится отдельными листами.

Порядок изучения чертежей

Как читать электрические схемы правильно и понимать представленную на чертеже информацию? Достаточно уметь ориентироваться в условно-графических обозначениях ГОСТа, это основа каждого разработанного проекта.

Сначала определяют тип чертежа. Согласно по ГОСТ 2.702-75, каждому графическому документу соответствует индивидуальный код. Все электрические чертежи имеют буквенное обозначение «Э» и соответствующее цифровое значение от 0 до 7. Электрической принципиальной схеме соответствует код «Э3».

Чтение принципиальной схемы:

  • Визуально ознакомится с представленным чертежом, обратить внимание на указанные примечания и технические требования.
  • Найти на схематическом изображении все компоненты, указанные в перечне документа;
  • Определить источник питания системы и род тока (однофазный, трехфазный);
  • Найти основные узлы, и определить их источник электропитания;
  • Ознакомится с элементами и устройствами защиты;
  • Изучить способ управления, обозначенный на документе, его задачи и алгоритм действий. Понять последовательность действий устройства при запуске, остановке, коротком замыкании;
  • Анализировать работу каждого участка цепи, определить основные составляющие, вспомогательные элементы, изучить техническую документацию перечисленных деталей;
  • На основе изученных данных документа, сделать вывод о процессах, протекающих в каждом звене цепи, представленной на чертеже.
Читать еще:  Как подключит лампу дневного света через выключатель

Зная последовательность действий, буквенно-графические обозначения, можно прочитать любую электрическую схему.

Графические обозначения

Принципиальная схема имеет две разновидности — однолинейная и полная. На однолинейной чертят только силовой провод со всеми элементами, если основная сеть не отличается индивидуальными дополнениями от стандартно принятой. Нанесенные на линию провода две или три косые черты, обозначают однофазную или трехфазную сеть, соответственно. На полной чертят всю сеть и проставляют общепринятые условные обозначения в электрических схемах.

Однолинейная электрическая принципиальная схема, однофазная сеть

Виды и значение линий

  1. Тонкая и толстая сплошные линии — на чертежах изображает линии электрической, групповой связи, линии на элементах УГО.
  2. Штриховая линия — указывает на экранирование провода или устройств; обозначает механическую связь (мотор — редуктор).
  3. Тонкая штрихпунктирная линия — предназначается для выделения групп из нескольких компонентов, составляющих частей устройства, либо систему управления.
  4. Штрихпунктирная с двумя точками — линия разъединительная. Показывает развертку важных элементов. Указывает на удаленный от устройства объект, связанный с системой механической или электрической связью.

Сетевые соединительные линии показывают полностью, но согласно стандартам, их допускается обрывать, если они являются помехой для нормального понимания схемы. Обрыв обозначают стрелками, рядом указывают основные параметры и характеристики электрических цепей.

Жирная точка на линиях указывает на соединение, спайку проводов.

Электромеханические составляющие

Схематическое изображение электромеханических звеньев и контактов

А — УГО катушки электромеханического элемента (магнитный пускатель, реле)

В — тепловое реле

С — катушка прибора с механической блокировкой

D — контакты замыкающие (1), размыкающие (2), переключающие (3)

F — обозначение выключателя (рубильника)на электрической схеме УГО некоторых измерительных приборов. Полный список этих элементов приведен в ГОСТе 2.729 68 и 2.730 73.

Элементы электрических цепей, приборы

Номер на рисункеОписаниеНомер на рисункеОписание
1Счетчик учета электроэнергии8Электролитический конденсатор
2Амперметр9Диод
3Вольтметр10Светодиод
4Датчик температуры11Диодная оптопара
5Резистор12Изображение транзистора npn
6Реостат (переменный резистор)13Плавкий предохранитель
7Конденсатор

УГО реле времени, кнопки, выключатели, концевые выключатели, часто используют при разработке схем электропривода.

Схематическое изображение плавкого предохранителя. При чтении электрической схемы следует внимательно учитывать все линии и параметры чертежа, чтобы не спутать назначение элемента. Например, предохранитель и резистор имеют незначительные отличия. На схемах силовая линия изображается проходящей через предохранитель, резистор чертится без внутренних элементов.

Изображение автоматического выключателя на полной схеме

Контактный коммутационный аппарат. Служит автоматической защитой электрической сети от аварий, короткого замыкания. Приводится в действие механическим, либо электрическим способом.

Автоматический выключатель на однолинейной схеме

Трансформатор представляет собой стальной сердечник с двумя обмотками. Бывает одно и трехфазный, повышающий и понижающий. Также подразделяется на сухой и масляный, в зависимости от способа охлаждения. Мощность варьируется от 0.1 МВА до 630 МВА (в России).

Обозначение трансформаторов тока на полной (а) и однолинейной (в) схеме

Графическое обозначение электрических машин (ЭМ)

Электрические моторы, зависит от вида, способны не только потреблять энергию. При разработке промышленных систем, используют моторы, которые при отсутствии нагрузки генерируют энергию в сеть, тем самым сокращая затраты.

А — Трехфазные электродвигатели:

1 — Асинхронный с короткозамкнутым ротором

2 — Асинхронный с короткозамкнутым ротором, двухскоростной

3 — Асинхронный с фазным ротором

4 — Синхронные электродвигатели; генераторы.

В — Коллекторные электродвигатели постоянного тока:

1 — с возбуждением обмотки от постоянного магнита

2 — Электрическая машина с катушкой возбуждения

В связке с электромоторами, на схемах показаны магнитные пускатели, устройства мягкого пуска, частотный преобразователь. Эти устройства служат для запуска электрических моторов, бесперебойной работы системы. Последние два элемента уберегают сеть от «просадки» напряжения в сети.

УГО магнитного пускателя на схеме

Переключатели выполняют функцию коммутационного оборудования. Отключают и включают в работу определенные участки сети, по мере необходимости.

Графические обозначения в электрических схемах механических переключателей

Условные графические обозначения розеток и выключателей в электрических схемах. Включают в разработанные чертежи электрификации домов, квартир, производств.

Звонок на электрической схеме по стандартам УГО с обозначенным размером

Размеры УГО в электрических схемах

На схемах наносят параметры элементов, включенных в чертеж. Прописывается полная информация об элементе, емкость, если это конденсатор, номинальное напряжение, сопротивление для резистора. Делается это для удобства, чтобы при монтаже не допустить ошибку, не тратить время на вычисление и подборку составляющих устройства.

Иногда номинальные данные не указывают, в этом случае параметры элемента не имеют значения, можно выбрать и установить звено с минимальным значением.

Принятые размеры УГО прописаны в ГОСТах стандарта ЕСКД.

Размеры в ЕСКД

Размеры графических и буквенных изображений на чертеже, толщина линий не должны отличаться, но допустимо их пропорционально изменять в чертеже. Если в условных обозначениях на различных электрических схемах ГОСТ, присутствуют элементы, не имеющие информации о размерах, то эти составляющие выполняют в размерах, соответствующих стандартному изображению УГО всей схемы.

УГО элементов, входящих в состав основного изделия (устройства) допускается чертить меньшим размером в сравнении с другими элементами.

Буквенные обозначения

Наряду с УГО для более точного определения названия и назначения элементов, на схемы наносят буквенное обозначение. Это обозначение используют для ссылок в текстовых документах и для нанесения на объект. С помощью буквенного обозначения определяют название элемента, если этого не понятно из чертежа, технические параметры, количество.

Дополнительно с буквенным обозначением указывается одна или несколько цифр, обычно они поясняют параметры. Дополнительный буквенный код, указывающий номинал, модель, дополнительные данные прописывается в сопутствующих документах, либо выносится в таблицу на чертеже.

Чтобы научиться читать электрические схемы не обязательно знать наизусть все буквенные обозначения, графические изображения различных элементов, достаточно ориентироваться в соответствующих ГОСТах ЕСКД. Стандарт включает в себя 64 документа ГОСТ, которые раскрывают основные положения, правила, требования и обозначения.

Основные обозначения, применяемые на схемах согласно стандарту ЕСКД, приведены в Таблице 1 и 2.

Первая буква кода (обязательная)

Основные двухбуквенные обозначения приведены в Таблице 2

Видео по теме

Закон Ома: как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления

ВеличинаСимволЕдиница измеренияСокращение единицы измерения
ТокIАмперА
НапряжениеVВольтВ
СопротивлениеRОмОм

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

[E = IR = (2 А)(7 Ом) = 14 В]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector