Gc-helper.ru

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

Как рассчитать силу тока лампы накаливания

Разобранные примеры по теме Постоянный ток

Электрическая лампочка накаливания потребляет силу тока I = 0,2 А. Диаметр вольфрамового волоска d = 0,02 мм, температура волоска при горении лампы t = 2000 ºС. Определите напряженность E электрического поля в волоске. Удельное сопротивление вольфрама ρ = 5,6∙10 -8 Ом∙м, температурный коэффициент сопротивления α = 4,6∙10 -3 К -1 .

Допустим, что по проводнику, имеющему длину l и сечение S, течет ток I, тогда напряжение на концах проводника по закону Ома для участка цепи

.

Так как и , то, подставляя в закон Ома вместо U и R их выражения, получим:

Из этой формулы, в частности, следует, что с увеличением температуры проводника при неизменной плотности тока напряженность поля в проводнике возрастает, поскольку с ростом температуры возрастает ρ.

Вспомогательным соотношением служит формула зависимости сопротивления от температуры, позволяющая определить удельное сопротивление ρ вольфрамового волоска в нагретом состоянии. При температуре накала t оно равно:

С учетом этой зависимости формулу для напряженности электрического поля в раскаленном волоске можно окончательно переписать так:

Подставляя сюда числовые значения, получим .

Ответ:

Напряжение на шинах электростанции равно U = 10 кВ, расстояние до потребителя l = 500 км. Станция должна передать потребителю мощность Р = 100 кВт. Потери напряжения в проводах не должны превышать z = 4 %.. Вычислите массу медных проводов на участке электростанция – потребитель. Плотность и удельное сопротивление меди равны соответственно D = 8,9∙10 3 кг/м 3 и ρ = 1,7∙10 -8 Ом∙м. Какой должна быть масса проводов, если напряжение увеличить в два раза?

Массу провода m1 можно определить, зная материал провода, его сопротивление R и длину l линии. Действительно, если плотность материала провода равна D, удельное сопротивление ρ, то

так как длина провода вдвое больше расстояния l. Исключив из этих формул площадь S сечения, получим:

(1)

В задаче все величины, входящие в равенство (1), кроме R, известны, поэтому дальнейшее решение сводится к нахождению сопротивления проводов.

Делаем чертеж (рис. 1), на котором отмечаем сопротивление Rп потребителя, сопротивление Rл проводов линии электропередачи, напряжения на этих резисторах Uп и Uл, а также напряжение U на шинах электростанции. Поскольку оба резистора соединены между собой последовательно, то

(2)

Используя закон Ома для участка цепи и условие, что потери напряжения не должны превышать z %, для напряжения на проводах можно записать:

(3)

Еще одним вспомогательным уравнением является формула мощности

(4)

Найдя R из уравнений (2) – (4) и подставив его выражение в (1), с учетом числовых значений будем иметь:

Из полученного выражения видно, что масса проводов обратно пропорциональна квадрату напряжения на шинах электростанции, поэтому при увеличении напряжения в 2 раза массу проводов линии передачи можно уменьшить в 4 раза, и, следовательно,

Ответ:

В цепи, схема которой изображена на рис. 2, сопротивления всех резисторов известны и равны соответственно R1 = 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 2 Ом, R4 = 40 Ом, R5 = 10 Ом. Сила тока в резисторе R4 I4 = 0,5 А. Определите силу тока во всех остальных резисторах и напряжение на зажимах цепи.

Решение задачи значительно облегчается, если приведенную на рис. 2 схему заменить эквивалентной (рис. 3).

В задачах на сложное соединение большого количества резисторов расчеты в общем виде можно не производить. Проще для каждой величины сразу получать числовой ответ.

Найдем силу тока в резисторе R5. Она равна напряжению на разветвлении 4 – 5, деленному на R5:

Напряжение на зажимах цепи

Ответ: I1 = 7,5 А; I2 = 5 А; I3 = 2,5 А; I5 = 2 А; U = 40 В.

В схеме, изображенной на рис., сопротивления резисторов, емкость конденсатора и напряжение на зажимах цепи известны. Определите заряд на конденсаторе.

При расчете цепей постоянного тока, содержащих конденсаторы, следует обратить внимание на то, что постоянный ток через конденсатор не проходит. Поэтому режим данной цепи не изменится, если конденсатор из нее исключить. После этого получим схему, изображенную на рис. 5.

Чтобы найти заряд на конденсаторе, надо найти разность потенциалов на его обкладках: . Из рис. 4 видно, что

Общее сопротивление цепи

Сила тока в цепи равна:

Напряжение на участке бг:

Сила тока в верхней ветви участка бг, равная силе тока в резисторе сопротивлением , определится так:

Заряд на конденсаторе

Ответ: .

Что такое сила тока?

Определение, формула, в чём измеряется сила тока.

Сила электрического тока (I) — физическая величина, численно равная заряду q, прошедшему через поперечное сечение проводника за единицу времени t. Единица измерения силы тока в СИ — Ампер (А).

Читать еще:  Как изменится ток если лампа перегорит

Силу тока на практике часто выражают в килоамперах (кА), миллиамперах (мА), микроамперах (мкА):

  • 1 кА = 1000 А = 1 · 10 3 А;
  • 1 мА= 0,001 А= 1 · 10 -3 А;
  • 1 мкА= 0,000001 А= 1 · 10 -6 А.

Единица измерения силы электрического тока названа в честь французского математика и физика Андре-Мари Ампера (1775-1836).

Интересный факт! В проводниках, как известно, могут двигаться электроны. Так вот, можно утверждать, что через поперечное сечение проводника течет ток силой 1 А, если за 1 секунду через него проходит 6,242⋅10 18 электронов.

Формула для расчёта силы электрического тока

При условии, что течёт электрический ток постоянной силы, сила электрического тока I может быть рассчитана по следующей формуле:

  • I — сила электрического тока (А);
  • q — электрический заряд (Кл);
  • t — время (с).

Из этого уравнения вытекают следующие соотношения между единицами измерения:

1 А = 1 Кулон / 1 секунда = 1 Кл / 1 c.

Силу электрического тока в проводнике также можно рассчитать с помощью закона Ома для участка цепи:

  • U — электрическое напряжение приложенное к проводнику;
  • R — электрическое сопротивление проводника.

Больше вариантов того, как можно найти силу электрического тока с примерами рассмотрено мной в статье: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-silu-toka.html

Сила электрического тока в электрических цепях с последовательным и параллельным соединением проводников.

В статье «последовательное и параллельное соединение проводников» уже было рассмотрены особенности силы тока отдельно для электрической цепи с последовательным соединением проводников и для электрической цепи с параллельным соединением проводников.

Из этой статьи для электрической цепи с последовательным соединением проводников следует, что:

Iобщ = I1 = I2 = I3 = … = IN , другими словами, сила тока во всех проводниках одинакова.

А для электрической цепи с параллельным соединением проводников следует, что:

Iобщ = I1 + I2 + I3 + … + IN, другими словами, сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил тока в ее ветвях (в каждом из параллельно соединенных проводников).

Пример задачи.

Условие задачи. У нас есть постоянный электрический ток 0,5 А, протекающий через проводник, который поддерживается в течение 30 минут. Сколько электрического заряда было перемещено за это время?

Решение задачи. Мы знаем, что q = I * t. Переведем минуты в секунды: 30*60 = 1800 секунд, тогда получаем: q = 0,5 * 1800 = 900 Кл.

Измерение силы электрического тока

Электрический ток измеряется амперметрами. Также часто используются многофункциональные измерительные электроприборы, например, мультиметры, которые могут быть переключены в том числе в режим измерения силы электрического тока, и работать как амперметры.

Амперметры всегда подключаются последовательно к потребителю, в котором измеряется сила тока. Это означает, что ток через потребителя будет соответствует току через амперметр.

Для того чтобы определить силу тока таким способом, необходимо разорвать электрическую цепь в месте измерения и вставить амперметр.

Включают амперметр в цепь с помощью двух клемм, или зажимов, имеющихся на приборе. У одной из клемм амперметра, как правило, стоит знак «+», у другой «-» (иногда знака «-» нет). Клемму со знаком «+» нужно обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

Поскольку амперметр также имеет внутреннее сопротивление, оно влияет на электрическую цепь во время измерения. Однако сопротивление амперметра обычно настолько мало, что им можно пренебречь.

На рисунке 1 показано такое последовательное соединение на примере лампочки и амперметра.

Измерение силы тока

Если вы не хотите вмешиваться в электрическую цепь, отсоединяя проводники, то электрический ток также можно измерить косвенно с помощью токовых клещей. Другой вариант — измерить напряжение на потребителе, а затем, зная электрическое сопротивление потребителя, рассчитать ток, используя закон Ома.

Примеры типичных токов

Значения силы тока можно прочитать на информационных табличках на электроприёмниках или в руководствах к этим устройствам. В таблице ниже приведены типичные значения электрических токов для различных электроприёмников.

Сравнительная таблица светодиодных ламп и ламп накаливания

Лампы накаливания долгий промежуток времени использовались для освещения. Но сейчас на рынке распространена продажа светодиодных ламп. Чтобы определиться, какой источник света лучше, надо провести сравнительный анализ конструкций, принципа работы, мощностей.

Различия в конструкции и принципе работы

Чтобы провести сравнение ламп накаливания и светодиодных, надо рассмотреть конструкцию и принцип работы каждого источника.

Читать еще:  Потребляемый ток галогеновой лампы

Первым рассматривается вольфрамовая лампочка накаливания.

Устроена она следующим образом:

  • Цоколь. Нужен для вкручивания лампочки в патрон. Обычно изготавливается из алюминия.
  • Колба. Материал изготовления – стекло. Защищает вольфрамовую нить от воздействия внешней среды. Внутри создается вакуум или заполняется инертным газом. Газ не дает металлическим элементам окисляться.
  • Электроды, крючки для их удерживания. Данные элементы удерживают нить накаливания.
  • Нить накаливания. Изготавливается из вольфрама, служит для излучения света.
  • Штенгель. В нем закреплены электроды с крючками. Сам он находится в нижней части колбы.
  • Изолирующий материал, контактная поверхность.

Принцип работы заключается в проведении тока через источник и разогрев вольфрамовой нити до высоких температур. В результате чего она начинает излучать свет. Нить прогревается до 3000 градусов, при этом не расплавляется.

Внешне диодная лампочка напоминает предыдущую конструкцию. Она также содержит цоколь с резьбой таких же размеров (маркировка тоже одинаковая), поэтому переделывать оборудование или светильники под низ не надо. Но отличие в более усложненной внутренней конструкции:

  • Контактный цоколь.
  • Корпус.
  • Плата питания и управления. Нужна, чтобы не допустить перегорание светильников. Они снижают напряжение, выравнивают ток.
  • Плата со светодиодами.
  • Балластный трансформатор.
  • Прозрачный колпак.

Световой поток образуется при соприкосновении двух веществ из разных материалов, через которые был пропущен ток. Главным условием является то, что один из материалов заряжен отрицательными электронами, другой – положительными ионами.

Сравнение основных параметров

Чтобы определиться с основными параметрами, надо провести анализ технических характеристик. Первоначально рассматривается вольфрамовый ресурс:

  • Требуемое напряжение от источника 220–240В.
  • Мощность в пределах 15–200 ватт.
  • Температура прогревания накала 2700–3200К.

Чем больше показатель цветовой температуры, тем короче срок службы.

  • Тон светового потока тепло желтый.
  • Срок службы до 1000 часов.
  • Рассеиватель света открытый, поэтому угол рассеивания на 360 градусов.

Светодиодная конструкция имеет такие же параметры, то другие показатели:

  • Требуемое напряжение от источника 12 или 220В.
  • Мощность в пределах 60 ватт.
  • Цветовая температура 2700–6000 К.
  • Тон светового потока теплый, холодный, нейтральный.
  • Срок службы 30000–100000 часов.
  • Угол рассеивания на 120–360 градусов. Зависит от конструкции лампы.

Сравнивая описанные характеристики заметно, что вольфрамовый проводник уступает по многим параметрам светодиодному источнику.

Таблица соответствия мощности

В быту используются вольфрамовые с мощностью 40–100 ватт. Для анализа проводится соответствие данным показателям данных светодиодных ламп. Результаты занесены в таблицу светодиодных и ламп накаливания:

Мощность лампы накаливания, ваттМощность светодиодной, ваттСредний световой поток, лм
405400
607560
7511880
100131040
150201600
200302550
300403450
500605200

Результаты показывают, что заявленным данным ламп накаливания соответствуют данные светодиодного источника в 8 раз меньше. Преимуществом обладают СЛ, так как потребляемая мощность меньше, а срок службы больше.

Обзор плюсов и минусов

В соотношении светодиодных ламп и ламп накаливания, светодиодные лампочки очень экономичны и с длительным сроком эксплуатации.

Учитывая сроки службы, проводится анализ, что за период эксплуатации одной светодиодной лампочки потребуется 50 ламп накаливания (расчеты по среднему значению).

Но диодные конструкции тоже имеют свои отрицательные стороны: высокая цена, но быстрая окупаемость.

Диодный вариант освещения имеет более широкий ряд цветового освещения, в то время как ЛН всего один.

Диодный прибор не требует обслуживания, но к концу срока службы возможно снижение эффективности, что вызвано мутнением кристалла.

Вольфрамовый источник сильно нагреваются в процессе работы, на это уходит половина затраченной энергии, что приводит к низкому коэффициенту полезного действия. КПД диодных источников гораздо выше, так как нагрев у них минимальный.

Освещение используется в темное время. Глаза человека к этому времени устают и требуют спокойного на них воздействия. Поэтому освещение должно быть теплым. Этот пункт полностью выполняет ЛН, так как СЛ в основном излучает белые оттенки, причем в световом потоке наблюдается присутствие синего оттенка, который негативно влияет на зрение (особенно детское). Такого плана освещение лучше применять в офисах, производствах.

Среди СЛ встречаются подделки, характеризующиеся плохим качеством сборки. Также они негативно влияют на зрение мерцанием.

Перед покупкой надо убедиться, что пульсация светового потока не превышает 5 процентов.

Рекомендуем посмотреть видео:

Читать еще:  Сенсорные выключатели света для светодиодных ламп

В заключение

Все технические характеристики указывают на преобладание преимуществами светодиодными лампами. Но выбор остается за потребителем, потому что не у всех есть возможность сразу оплатить диодный источник.

Полезная информация? Оставьте комментарий, поделитесь статьей в соцсетях.

Проверка тока с помощью контрольной лампы

Это один из самых старых способов проверки исправности электрической сети. В данном случае старый не означает – надежный. Контрольная лампа – опасный инструмент. Безопаснее пользоваться специальными индикаторными приборами. Давайте разберем, чем же опасны контрольные лампы.

Принцип работы контрольной лампы

Чаще всего в качестве контрольной используют лампу накаливания. Она светится за счет протекания электричества через вольфрамовую нить накаливания. Металл разогревается и светится при подаче номинального переменного напряжения 220 В. Если питание сильно превышено, то стеклянная колба взорвется или перегорит. Если напряжение мало, то нить накала не сможет разогреться — свечения не возникнет.

Согласно электрической схеме контрольная лампа подключается к фазному и нулевому проводу. Электричество протекает по замкнутой цепи через фазный, нулевой провод, нить накаливания источника света.

Схема протекания тока при проверке контрольной лампой

При обрыве одного из проводов свечения источника света не будет.

Принцип работы указателя напряжения

Рассмотрим два варианта: двухполюсный/однополюсный индикаторы напряжения.

Проверка сети двухполюсным индикатором

Такой указатель состоит из двух заизолированных проводов со щупами и корпуса со встроенным светодиодом или неоновым индикатором. Щупами проверяется состояние электрической сети: если есть обрыв, то индикатор не загорится.

Схема протекания тока при проверке двухполюсным измерителем

Принцип действия, схема протекания электричества аналогична контрольной лампе за одним принципиальным исключением: внутри корпуса индикатора добавлено сопротивление. Резистор сводит к минимуму силу тока, которая протекает через двухполюсный указатель.

Однополюсный указатель или индикаторная отвертка работает по другому принципу.

Внешний вид индикаторной отвертки

Электрическая схема индикаторной отвертки

В ней за счет встроенного токоограничивающего резистора на выходе создается минимальная сила тока. Она безопасна для человека. Путь протекания электричества выглядит так:

Схема протекания тока при проверке индикаторной отверткой

Цепь электрического тока при проверке индикаторной отверткой: источник тока – провод –отвертка — тело человека – земля. Наличие или отсутствие свечения индикатора подскажет об имеющемся обрыве.

Опасность контрольной лампы

Контрольная лампа опасна для здоровья человека. Ток, который протекает через нее, составляет доли ампера. Например, для источника света мощностью 40 Вт сила тока составит:

где Р – мощность источника света;

U – напряжение сети.

Безопасным для человека является переменный ток, не превышающий 10 мА, то есть 0,01 А.

Как видно из расчетов, сила тока, протекающая через контрольную лампу, в 18 раз превышает допустимую.

Как правило, систему для проверки собирают самостоятельно. В домашних условиях довольно трудно надежно заизолировать патрон и провода. Любое повреждение изоляции (или ее отсутствие) грозит ударом электричеством.

Особенно опасна проверка сетей 380 В.

Сила тока, протекающая через индикаторы напряжения значительно ниже. В самом плохом варианте она составляет несколько миллиампер. А чаще всего это микроамперы. То есть безопасное для человека значение.

Кроме того против использования контрольных ламп говорят следующие риски:

  • Вероятность взрыва при частом включении-выключении. Холодная спираль имеет меньшее сопротивление, чем горячая. Следовательно, при поиске обрыва нить накаливания быстро разрушается. Взрыв чреват поражением электричеством и осколками от стеклянной колбы.
  • Хрупкость стеклянной колбы. При неосторожном обращении она может разбиться и повредить осколками кожу, глаза человека.
  • Вероятность взрыва от скачка напряжения в неисправной сети.
  • Вероятность короткого замыкания.
  • Вероятность прикосновения к неизолированным токоведущим частям.

Индикаторы напряжения лишены всех перечисленных недостатков. Они безопасны, стоят недорого.

Выводы

Бывалые электрики продолжают пользоваться контрольными лампами. При соблюдении техники безопасности и уверенности в собственных силах это допустимо. Например, при однократной проверки сети, когда индикаторной отвертки нет под рукой.

В других случаях безопаснее пользоваться указателями напряжения. Они надежны, стоят недорого. В качестве примера можно привести:

Отвертка-индикатор (пробник) ОП-2э ИЭК TPR20

Может находить проблемы в скрытой проводке. Цена: 200 рублей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector