Kako se napon mjeri uređajem. Mjerenje napona. Vrste i princip mjerenja. Osobitosti. Kako izmjeriti struju multimetrom
Pozdrav svima, ponovo vam se javlja Vladimir Vasiljev. Novogodišnje slavlje se bliži kraju, što znači da se morate pripremiti za radne dane, što vam, dragi prijatelji, čestitam! Heh, samo se nemoj živcirati i deprimirati, trebaš misliti pozitivno.
Tako sam se ovih novogodišnjih praznika nekako zamislila nad publikom mog bloga: “Tko je on? Tko je posjetitelj mog bloga koji svaki dan dolazi čitati moje postove? Možda je to dobro zaobljeni stručnjak koji je došao iz znatiželje pročitati što sam ovdje napravio? Ili je možda nekakav doktor radiotehničkih znanosti koji je došao vidjeti kako lemiti multivibratorski krug? 🙂
Znate, sve je to malo vjerojatno, jer za iskusnog stručnjaka sve je to već prošlo fazu i najvjerojatnije sve više nije tako zanimljivo i oni sami imaju brkove. Možda ih zanima samo iz prazne radoznalosti, naravno da mi je jako drago i sve čekam raširenih ruku.
Tako sam došao do zaključka da su glavni kontingent mog bloga i većine radioamaterskih stranica početnici i amateri koji pretražuju Internet u potrazi za korisnim informacijama. Pa što, dovraga, imam ga tako malo? Bit će bolje tako da uskoro Ne propustite!
Sjećam se sebe kada sam na internetu tražio neku jednostavnu shemu kako bi negdje krenuo, ali uvijek nešto nije štimalo, nešto se činilo nejasnim. Nedostajalo mi je ono osnovno, takvo da je moguće, po principu od jednostavnog prema složenom, početi shvaćati temu koja me zanima.
Inače, prva knjiga koja mi je stvarno pomogla, od čitanja koje je stvarno počelo dolaziti do razumijevanja, bila je knjiga “The Art of Circuitry” P. Horowitza, W. Hilla. Pisao sam o njoj, tamo možete preuzeti knjigu. Dakle, ako ste početnik, svakako ga preuzmite i neka vam postane referentna knjiga.
Što je napon i struja?
Usput, što je točno električna struja i napon? Mislim da to zapravo nitko ne zna, jer da bi se znalo ovo se mora barem vidjeti. Tko može vidjeti struju koja teče kroz žice?
Da, nitko, čovječanstvo još nije postiglo takve tehnologije da osobno promatra kretanje električnih naboja. Sve što vidimo u udžbenicima i znanstvenim radovima svojevrsna je apstrakcija nastala kao rezultat brojnih promatranja.
Pa, možete puno pričati o ovome ... Pa pokušajmo shvatiti što su električna struja i napon. Neću pisati definicije, definicije ne daju samu spoznaju suštine. Ako te zanima, uzmi bilo koji udžbenik fizike.
Budući da ne vidimo električnu struju i sve procese koji se odvijaju u vodiču, pokušat ćemo stvoriti analogiju.
I tradicionalno se električna struja koja teče u vodiču uspoređuje s vodom koja teče kroz cijevi. U našoj analogiji, voda je električna struja. Voda teče kroz cijevi određenom brzinom, brzina je jakost struje, mjerena u amperima. Pa, cijevi su provodnik.
Pa, zamislili smo električnu struju, ali što je napon? Pomozimo sada.
Voda u cijevi, u nedostatku bilo kakvih sila (gravitacija, pritisak), neće teći, mirovat će kao svaka druga tekućina izlivena na pod. Dakle, ova sila ili, točnije, energija u našoj vodovodnoj analogiji bit će sama napetost.
Ali što se događa s vodom koja teče iz rezervoara koji se nalazi visoko iznad tla? Voda juri u olujnom toku iz rezervoara na površinu zemlje, pokretana gravitacijom. I što je spremnik viši od tla, to brže voda teče iz crijeva. Shvaćaš li o čemu govorim?
Što je spremnik viši, veća je sila (čitaj napon) na vodu. I što je veća brzina protoka vode (čitaj jakost struje). Sada postaje jasno i u mojoj se glavi počinje stvarati šarena slika.
Pojam potencijala, razlika potencijala
Pojam "potencijal" ili "razlika potencijala" usko je povezan s pojmom napona električne struje. U redu, vratimo se našoj analogiji s vodovodom.
Naš spremnik je na uzvisini, što omogućava nesmetani protok vode niz cijev. Budući da je spremnik vode na visini, potencijal ove točke bit će veći ili pozitivniji od onoga na razini tla. Vidiš što se događa?
Imamo dvije točke s različitim potencijalima, točnije različitim vrijednostima potencijala.
Ispostavilo se da, da bi električna struja tekla kroz žicu, potencijali ne smiju biti jednaki. Struja teče od točke višeg potencijala do točke nižeg potencijala.
Zapamtite ovaj izraz da struja ide od plusa do minusa. Dakle, ovo je sve isto. Plus je pozitivniji, a minus negativniji.
Usput, želiš li pitanje za zatrpavanje? Što će se dogoditi sa strujom ako potencijalne vrijednosti povremeno mijenjaju mjesta?
Zatim ćemo promatrati kako električna struja mijenja smjer u suprotan svaki put kad se potencijali promijene. Pokazat će se da je to izmjenična struja. Ali to još nećemo razmatrati, tako da se u glavi formira jasno razumijevanje procesa.
Mjerenje napona
Voltmetar se koristi za mjerenje napona, iako su multimetri sada najpopularniji. Multimetar je takav kombinirani instrument koji ima puno stvari u sebi. Pisao sam o tome i rekao kako ga koristiti.
Voltmetar je samo uređaj koji mjeri razliku potencijala između dvije točke. Napon (razlika potencijala) u bilo kojoj točki kruga obično se mjeri u odnosu na NULU ili GND ili MASU ili MINUS baterije. Nije važno, glavna stvar je da to bude točka s najnižim potencijalom u cijelom krugu.
Dakle, da bismo izmjerili istosmjerni napon između dvije točke, činimo sljedeće. Crna (negativna) sonda voltmetra zaglavila je na točki gdje vjerojatno možemo promatrati točku s nižim potencijalom (NULA). Crvenu sondu (pozitivnu) zabodemo u točku čiji potencijal nas zanima.
A rezultat mjerenja bit će brojčana vrijednost potencijalne razlike, ili drugim riječima, napon.
Mjerenje struje
Za razliku od napona koji se mjeri u dvije točke, struja se mjeri u jednoj točki. Kako je jakost struje (ili jednostavno kažu struja) po našoj analogiji brzina protoka vode, tu brzinu treba mjeriti samo u jednoj točki.
Moramo prekinuti dovod vode i u otvor umetnuti brojač koji će brojati litre i minute. Nešto kao ovo.
Slično tome, ako se vratimo u stvarni svijet našeg električnog modela, dobivamo istu stvar. Da bismo izmjerili jakost električne struje, trebamo spojiti jednostavan uređaj, ampermetar, na prekid u električnom krugu. Ampermetar je također dio multimetra. Također možete pročitati u.
Sonde multimetra moraju se preurediti u trenutnom načinu mjerenja. Zatim pregrizemo naš vodič i spojimo dijelove žice na multimetar i voila - trenutna vrijednost će biti prikazana na ekranu multimetra.
Pa, dragi prijatelji, mislim da nismo uzalud gubili vrijeme. Nakon što sam se upoznao s našim modelima vodovoda, u mojoj se glavi počela slagati zagonetka, počelo se stvarati razumijevanje.
Pa, pokušajmo to provjeriti na Ohmovom zakonu.
- I - struja mjerena u amperima (A);
- U-napon izmjeren u voltima (V);
- R-otpor izmjeren u Ohmima (Ohm)
Ohm nam je rekao da je električna struja izravno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
Danas nisam govorio o otporu, ali mislim da razumijete. Otpornost električnoj struji je materijal vodiča. U našem vodovodnom sustavu, protok vode se opire zahrđalim cijevima začepljenim hrđom i drugim stvarima. 🙂
Dakle, Ohmov zakon djeluje u punom sjaju, kako za vodovodni tako i za električni sustav. Možda bih trebao krenuti u vodoinstalatere, ima dosta sličnosti. 🙂
Što je spremnik za vodu više podignut, to će voda brže teći kroz cijevi. Ali ako su cijevi zagađene, tada će brzina biti manja. Što je veći otpor prema vodi, to će ona sporije teći. Ako postoji začepljenje, tada voda općenito može stajati.
Pa za struju. Jačina struje izravno je proporcionalna veličini napona (razlici potencijala), a obrnuto proporcionalna otporu.
Što je veći napon, to je veća struja, ali što je veći otpor, to je manja struja. Napon može biti vrlo visok, ali struja možda neće teći zbog prekida. A prekid je isto kao da smo umjesto metalnog vodiča spojili vodič od zraka, a zrak ima upravo gigantski otpor. Ovdje struja prestaje.
Pa, dragi prijatelji, sada je vrijeme da završimo, kao što sam rekao sve što sam htio reći u ovom članku. Ako imate pitanja, slobodno ih postavite u komentarima. Bit će još toga, planiram napisati niz tutorijala, tako da Ne propustite…
Želim vam puno sreće, uspjeha i vidimo se uskoro!
Od n/a Vladimir Vasiliev.
p.s. Prijatelji, svakako se pretplatite na ažuriranja! Pretplatom ćete primati nove sadržaje direktno u vaš inbox! I usput, svaki će pretplatnik dobiti koristan dar!
Konstruktor ZNATOK 320-Znat "320 shema" je alat koji će vam omogućiti stjecanje znanja iz područja elektronike i elektrotehnike, kao i postizanje razumijevanja procesa koji se odvijaju u vodičima.
Konstruktor je skup punopravnih radio komponenti s posebnim. konstruktivni, omogućujući njihovu ugradnju bez pomoći lemilice. Radio komponente montirane su na posebnu ploču - bazu, što u konačnici omogućuje dobivanje potpuno funkcionalnih radio struktura.
Pomoću ovog konstruktora možete sastaviti do 320 različitih shema, za čiju izradu postoji detaljan i živopisan vodič. A ako uključite svoju maštu u ovaj kreativni proces, možete dobiti bezbroj različitih radio struktura i naučiti kako analizirati njihov rad. Ovo iskustvo smatram vrlo važnim i za mnoge može biti neprocjenjivo.
Evo nekoliko primjera onoga što možete učiniti s ovim konstruktorom:
Leteći propeler;
Svjetiljka koja se pali pljeskom rukama ili mlazom zraka;
Kontrolirani zvukovi Ratova zvijezda, vatrogasnog vozila ili kola hitne pomoći;
Obožavatelj glazbe;
Električni svjetlosni pištolj;
Učenje Morseove abecede;
Detektor laži;
Automatska ulična svjetiljka;
Megafon;
radijska postaja;
Elektronički metronom;
Radio prijamnici, uključujući FM raspon;
Uređaj koji podsjeća na početak mraka ili zore;
Alarm da je dijete mokro;
Sigurnosni alarm;
Glazbena brava za vrata;
Svjetiljke u paralelnom i serijskom spoju;
Otpornik kao limitator struje;
Punjenje i pražnjenje kondenzatora;
Ispitivač vodljivosti;
Pojačavajući učinak tranzistora;
Darlingtonov dijagram.
p.s. Ovdje imamo neku vrstu seljaka - pohlepni neće primijetiti gumb za društvene mreže, a velikodušni dijeli s prijateljima. 🙂
Napon je poznata vrijednost koja se koristi u svim izvorima svjetla i baterijama. Što je to, koje varijante postoje, kako se mjeri napon, u kojim jedinicama se mjeri električni napon i još mnogo toga.
Napon je električna pokretačka sila koja je dizajnirana da gura slobodne tipove elektrona iz jednog atoma u drugi u određenom smjeru. Obavezni uvjet za protok naboja je prisutnost kruga sa zatvorenim krugom, koji stvara uvjete za njihovo pomicanje. Ako postoji prekid kruga, tada se zaustavlja proces usmjerenog kretanja čestica.
Bilješka! Vrijedno je napomenuti da jedinica napona električnog kruga ovisi o tome koji vodič ima materijal, kako je opterećenje spojeno i koja je temperatura.
Što je
Sorte
Postoje dvije vrste: fiksni i varijabilni. Prvi je u elektrostatskim vrstama krugova i onima koji imaju istosmjernu struju. Varijabla se javlja tamo gdje postoji sinusna energija. Bitno je da se sinusna energija dijeli na djelatnu, trenutnu i srednje ispravljenu. Mjerna jedinica za napon električne struje je volt.
Također je vrijedno napomenuti da se količina energije između faza naziva linearna faza, a indikator struje uzemljenja i faze naziva se faza. Slično pravilo se koristi u svim zračnim linijama. Na području Ruske Federacije u električnoj mreži kućanstva standard je 380 volti, a faza je 220 volti.
Glavne sorte
Stalni pritisak
Konstanta je razlika između električnih potencijala, pri kojoj ostaje ista vrijednost s padom polariteta tijekom određenog razdoblja. Glavna prednost konstantne energije je činjenica da nema jalove snage. To znači da svu snagu koju generiše generator troši opterećenje, s izuzetkom gubitaka u ožičenju. Protječe cijelim presjekom vodiča.
Što se tiče nedostataka, postoji poteškoća u povećanju s padom energije, odnosno u trenutku njezine pretvorbe zbog dizajna pretvarača i nedostatka snažnih poluvodičkih sklopki. Osim toga, teško je razdvojiti visoku i nisku energiju.
Bilješka! Konstantna energija koristi se u elektroničkim sklopovima, galvanskim ćelijama, baterijama, postrojenjima za elektrolizu, alatima za zavarivanje, inverterskim pretvaračima i mnogim drugim uređajima.
D.C
izmjenični napon
Izmjenična struja je struja koja povremeno mijenja veličinu i smjer, ali u isto vrijeme zadržava svoj smjer u električnom krugu nepromijenjen. Često se naziva sinusoidnim. Jedan smjer u kojem se kreće energija naziva se pozitivnim, a drugi negativnim. Stoga se dobivena vrijednost naziva pozitivnom i negativnom. Takav pokazatelj je algebarska veličina. Kao odgovor na pitanje, kako se zove jedinica napona, treba napomenuti da je to volt. Njegova vrijednost određena je smjerom. Maksimalna vrijednost je amplituda. Događa se:
- dvofazni;
dvofazni
- tri faze;
tri faze
- višefazni.
Višefazni
Aktivno se koristi u industriji, u elektrani, u transformatorskoj stanici i prenosi se u svaku kuću pomoću električnih vodova. Najviše se za spajanje koriste tri faze. Takva je elektrifikacija uobičajena na mnogim željeznicama.
Bilješka! Vrijedno je napomenuti da postoje i neke vrste dvosustavnih električnih lokomotiva koje u mnogim slučajevima rade s promjenjivom brzinom.
Naizmjenična struja
Jedinice
Napon se mjeri u voltima. Označava se V ili Volt. Jedna vrijednost se izražava kao razlika nekoliko točaka u električnom polju. Vrijednost od 220 volti ukazuje na to da je električno polje dizajnirano da gubi energiju kako bi povuklo naboje kroz cijeli električni krug s opterećenjem.
Mjerni instrumenti
Za mjerenje sile koristi se kazaljka ili analogni, digitalni ili elektronički voltmetar. Zahvaljujući ovim uređajima moguće je mjeriti i kontrolirati karakteristike signala. Također možete vršiti mjerenja s osciloskopima. Oni rade zbog činjenice da se energija skreće snopom elektrona i ulazi u uređaj koji proizvodi promjenjivu vrijednost.
Voltmetar kao glavni mjerni instrument
Napon je fizikalna veličina koja pokazuje količinu struje u krugu i opremi u voltima. Struja je stalna i promjenjiva. Razlika je u tome što prvi koncept znači da struja stalno mijenja svoj polaritet i teče promjenjivo u mreži. U drugom slučaju, struja prolazi kroz električni krug bez prekida. Mjereno voltmetrom.
· Mjerenje struje
Za mjerenje Trenutno koristi se ampermetar , uključen u krug u seriji s električnim prijemnikom (vidi sl. 2.7.). Očitanja ampermetra omogućuju procjenu s određenom pogreškom (vidi odjeljak 2.5) o struji I H koja teče kroz određeni prijemnik energije - opterećenje R H.
Riža. 2.7. Shema za uključivanje ampermetra za mjerenje struje
Pri mjerenju izmjenične sinusne struje uređaji elektromagnetskog, elektrodinamičkog, ispravljačkog i toplinskog sustava dat će odstupanja proporcionalna Trenutna vrijednost a u tim se vrijednostima u pravilu kalibriraju skale tih instrumenata.
Pri mjerenju nesinusne izmjenične struje pojavljuje se dodatna pogreška zbog utjecaja viših harmonika u strujnoj krivulji na zakretni moment pokretnog dijela i odstupanje strelice te, posljedično, na očitanja instrumenta. .
Otpor mjernog svitka ampermetra je vrlo mali i njegov serijski spoj s opterećenjem praktički ne uzrokuje povećanje otpora kruga i gubitak snage. Dakle, unutarnji otpor ampermetara kreće se od R A \u003d 0,2 Ohma (elektromagnetski i elektrodinamički sustavi ampermetara) do R A \u003d 0,01 Ohm (magnetoelektrični uređaji).
Pogrešno uključivanje ampermetra ne serijski, već paralelno s električnim prijamnikom (opterećenjem) dovodi do njegovog spajanja na relativno visoki napon i praktički do kratki spoj . U ovom slučaju struja koja teče kroz ampermetar ja Kratki spoj će postati puno veći od nazivne struje ja H ( ja KZ / ja H \u003d 10 ¸ 1000), i bit će ograničen samo malim unutarnjim otporom zavojnice uređaja. Velika struja uzrokovat će prekomjerno stvaranje topline u žici svitka ( R =(ja kratki spoj) 2 R A), brzo pregrijavanje svitka i izgaranje njegovih vodiča, nakon čega ampermetar ne uspije.
Stoga je potrebno pažljivo provjeriti ispravnost uključivanja ampermetra u mjereni krug prije nego što se na njega dovede napon!
· Proširenje granica mjerenja ampermetra
Da biste proširili granice mjerenja ampermetara, primijenite šantovi i mjerenje strujni transformatori .
Shunt je aktivni otpor (otpornik) R Š relativno male vrijednosti, spojen paralelno na stezaljke ampermetra (sl. 2.8).
Riža. 2.8. Shema uključivanja ampermetra s šantom za mjerenje velikih struja
U slučaju kada je otpor shunta R W manji od otpora mjernog svitka ampermetra R A, relativno velik dio izmjerene struje I H prolazi kroz shunt, a samo se manji dio I A grana u ampermetar, određen omjerom otpora ampermetra R A i šanta R W:
. (2.10)
Ljestvica ampermetra sa shuntom baždarena je za ukupnu struju I H koja teče kroz opterećenje.
Dakle, uporaba shuntova u ampermetrima omogućuje mjerenje velikih istosmjernih ili sinusnih struja s uređajima čiji su mjerni svici predviđeni za male struje.
Strujni transformator koristi se za proširenje granica mjerenja u AC krugovima i uključuje se prema krugu prikazanom na sl. 2.9. Primarni namot W 1 strujnog transformatora sa stezaljkama L 1 i L 2 spojen je na izmjenični vod u seriju s prijamnikom struje (opterećenje R H). Na sekundarni namot strujnog transformatora preko stezaljki AND 1 i AND 2 spaja se ampermetar, a po potrebi i zavojnice drugih mjernih instrumenata (vatmetar, strujomjer i dr.), koji se spajaju u seriju.
Riža. 2.9. Shema uključivanja strujnog transformatora u mjernom krugu
Strujni transformator radi u uvjetima bliskim uvjetima kratkog spoja. Stoga možemo pretpostaviti da:
, (2.11)
odnosno primarna struja I 1 određena je množenjem sekundarne struje I 2 izmjerene ampermetrom s konstantnim omjerom transformacije K I, koji je veći od jedan, budući da strujni transformator ima W 2 > W 1.
Nazivna struja sekundarnog namota za strujne transformatore uzima se jednakom 5A, bez obzira na omjer transformacije .
Ljestvica ampermetra koji koristi strujni transformator stupnjevana je na primarnu struju. Označava na koji strujni transformator treba spojiti ampermetar (na primjer, 100/5 A, 200/5 A, itd.). Sekundarni krug strujnog transformatora uvijek mora biti zatvoren . Radi električne sigurnosti, jedan priključak sekundarnog namota i čelično kućište transformatora su uzemljeni.
Osim proširenja mjernog područja, strujni transformatori električno odvajaju niskonaponske krugove mjernih instrumenata od glavnih strujnih krugova koji mogu biti pod visokim naponom.
· Mjerenje napona
Za mjerenje napon su korišteni voltmetri . Stezaljke ovih uređaja su uključene paralelno s opterećenjem kao što je prikazano na donjoj slici.
Riža. 2.10. Shema za uključivanje voltmetra za mjerenje napona
Kako uključivanje voltmetra ne bi dovelo do primjetne promjene struja u krugu i načina rada opterećenja, vlastiti otpor R B treba imati mnogo veću otpornost na opterećenje R H . Kreće se od 3–5 kOhm (elektromagnetski i elektrodinamički uređaji) do 6–10 kOhm (magnetoelektrični uređaji) i preko 10 kOhm (elektronički uređaji).
S ovim uključivanjem voltmetra, odstupanje njegove strelice bit će proporcionalno naponu u dijelu kruga na koji je spojen.
AC voltmetri naznačiti Trenutno vrijednost izmjerenog napona.
Ako se voltmetar uključi greškom, odnosno u seriju s električnim prijamnikom čiji se napon mjeri, uređaj se neće oštetiti, jer će kroz njega teći zanemariva struja zbog vrlo velikog unutarnjeg otpora voltmetra. . U isto vrijeme, očitanja voltmetra tijekom ovog uključivanja bit će netočna, jer će se napon na opterećenju značajno smanjiti (stotine i tisuće puta), a voltmetar će pokazati napon blizak naponu izvora napajanja.
· Proširenje granice mjerenja voltmetrom
Za proširenje granica mjerenja voltmetra, dodatni aktivni otpor R D, spojen u seriju s mjernim svitkom voltmetra.
Riža. 2.11. Shema uključivanja voltmetra s dodatnim otporom
proširiti granice mjerenja napona
Vrijednost dodatnog otpora R D izračunava se na temelju potrebnog mnogostrukog proširenja granice mjerenja n u
n u \u003d U N / U B (2.12)
prema formuli:
R D \u003d R B (n-1), (2.13)
gdje je U H izmjereni napon na opterećenju, U B napon na voltmetru,
R B je aktivni otpor mjernog svitka voltmetra.
Uz pomoć raznih dodatnih otpora možete dobiti višemjerni voltmetar s različitim podjelama ljestvice.
U AC krugovima s prekomjernim naponom 1000 V za proširenje granica mjerenja visokog napona koriste se naponski transformatori , uključen prema shemi prikazanoj na donjoj slici
Riža. 2.12. Shema uključivanja naponskog transformatora s voltmetrom
u mjerni krug
Primarni namot naponskog transformatora(terminali "A" i "X"), koji je namot višeg napona s velikim brojem zavoja W 1, spojen je na izmjereni visoki napon U 1, i sekundarni namot W 2 , biti niskonaponski namot (stezaljke "a" i "x") zatvoren je na voltmetar i naponske krugove drugih uređaja: vatmetar, brojilo električne energije, mjerač frekvencije itd. Svi ovi uređaji su paralelno spojeni na namot niskonaponskog transformatora.
Naponski transformator radi u uvjetima blizu praznog hoda. Stoga se može smatrati da
, (2.14)
to jest, primarni visoki napon U 1 može se odrediti množenjem sekundarnog napona U 2 s konstantnim omjerom transformacije
K U \u003d W 1 / W 2 veći je od jedan, budući da je u naponskom transformatoru W 1> W 2.
Pretpostavlja se da je sekundarni nazivni napon naponskog transformatora U 2 \u003d 100 V, bez obzira na omjer transformacije.
Skala voltmetra kalibrirana je na primarni napon. Označava na koji naponski transformator treba spojiti voltmetar (na primjer, 6000/100 V, 10000/100 V, itd.). Namoti naponskog transformatora zaštićeni su osiguračima F 1 i F 2 (vidi sl. 2.12).
Osim proširenja mjernog područja AC instrumenata, naponski transformatori odvajaju niskonaponske krugove mjernih instrumenata od glavnih visokonaponskih krugova.
Radi električne sigurnosti, jedan terminal sekundarnog namota i čelično kućište naponskog transformatora su uzemljeni kao što je prikazano na slici.
U elektrotehnici se pojmovi "struja", "napon" i "otpor" koriste za opisivanje procesa koji se odvijaju unutar električnih krugova. Svaki od njih ima svoju namjenu sa specifičnim karakteristikama.
Struja
Riječ se koristi za karakterizaciju kretanja nabijenih čestica (elektrona, šupljina, kationa i aniona) kroz određeni medij materije. Smjer i broj nositelja naboja određuje vrstu i jakost struje.
Glavne karakteristike struje koje utječu na njenu praktičnu primjenu
Obavezni uvjet za protok naboja je prisutnost kruga ili, drugim riječima, zatvorenog kruga koji stvara uvjete za njihovo kretanje. Ako se unutar pokretnih čestica stvori razmak, njihovo usmjereno kretanje odmah prestaje.
Svi prekidači i zaštite koji se koriste u elektrotehnici rade na ovom principu. Oni stvaraju razdvajanje između pokretnih kontakata vodljivih dijelova između sebe i na taj način prekidaju protok električne struje, isključujući uređaj.
U energetskom sektoru, najčešće korištena metoda je stvaranje električne struje pomicanjem elektrona unutar metala izrađenih u obliku žica, guma ili drugih vodljivih dijelova.
Osim ove metode, također se koristi stvaranje struje unutar:
1. plinovi i tekućine-elektroliti zbog kretanja elektrona ili kationa i aniona - iona s pozitivnim i negativnim predznakom naboja;
2. okruženja od vakuuma, zraka i plinova, podložna gibanju elektrona uzrokovanom fenomenom termoemisione emisije;
3. poluvodički materijali zbog kretanja elektrona i šupljina.
Električna struja se može pojaviti kada:
primjena vanjske razlike električnog potencijala na nabijene čestice;
grijaći vodiči koji trenutno nisu supravodiči;
tijek kemijskih reakcija povezanih s oslobađanjem novih tvari;
učinak magnetskog polja primijenjenog na vodič.
Valni oblik električne struje može biti:
1. konstanta u obliku ravne crte na vremenskoj karti;
2. promjenjivi sinusoidni harmonik, dobro opisan glavnim trigonometrijskim odnosima;
3. meandar, otprilike sličan sinusoidi, ali s oštrim, izraženim kutovima, koji se u nekim slučajevima mogu dobro zagladiti;
4. pulsirajući, kada smjer ostaje isti bez promjene, a amplituda periodički fluktuira od nule do maksimalne vrijednosti prema točno definiranom zakonu.
Električna struja može učiniti koristan rad za osobu kada on:
pretvara u svjetlosno zračenje;
stvara zagrijavanje toplinskih elemenata;
obavlja mehanički rad zbog privlačenja ili odbijanja pomičnih sidara ili rotacije rotora s pogonima učvršćenim u ležajevima;
stvara elektromagnetsko zračenje u nekim drugim slučajevima.
Kada električna struja prolazi kroz žice, štetu može uzrokovati:
prekomjerno zagrijavanje strujnih krugova i kontakata;
stvaranje u magnetskim krugovima električnih strojeva;
zračenje električne energije u okoliš i neke slične pojave.
Dizajneri električnih aparata i razvijači raznih sklopova vode računa o navedenim mogućnostima električne struje u svojim uređajima. Na primjer, štetni učinci vrtložnih struja u transformatorima, motorima i generatorima smanjeni su miješanjem jezgri koje se koriste za prijenos magnetskih tokova. Istodobno, vrtložna struja se uspješno koristi za zagrijavanje medija unutar električnih pećnica i mikrovalnih pećnica koje rade na principu indukcije.
Izmjenična električna struja sinusnog valnog oblika može imati različitu frekvenciju titranja u jedinici vremena – sekundi. Industrijska frekvencija električnih instalacija u različitim zemljama standardizirana je brojevima od 50 ili 60 herca. Za ostale potrebe elektrotehnike i radiotehnike koriste se signali:
niske frekvencije, s manjim vrijednostima;
visoke frekvencije, znatno premašujući raspon industrijskih uređaja.
Obično se prihvaća da električna struja nastaje kretanjem nabijenih čestica unutar određenog makroskopskog medija i naziva se struja provođenja. Međutim, druga vrsta struje, nazvana konvekcijska struja, također može nastati kada se pomiču makroskopska nabijena tijela, na primjer, kapi kiše.
Kako nastaje električna struja u metalima?
Kretanje elektrona pod djelovanjem sile koja stalno djeluje na njih može se sasvim usporediti sa spuštanjem padobranaca s otvorenom kupolom. U oba slučaja dolazi do jednoliko ubrzanog gibanja.
Padobran se pokreće silom gravitacije prema tlu nasuprot sili otpora zraka. Na elektrone djeluje sila koja djeluje na njih, a kontinuirani sudari s drugim česticama - ionima kristalnih rešetki ometaju njegovo kretanje, zbog čega se dio utjecaja primijenjene sile gasi.
U oba slučaja prosječna brzina padobrana i kretanje elektrona doseže konstantnu vrijednost.
To stvara prilično jedinstvenu situaciju kada brzina:
pravilno kretanje jednog elektrona određeno je vrijednošću reda veličine 0,1 milimetar u sekundi;
protok električne struje odgovara puno većoj vrijednosti - brzini širenja svjetlosnih valova: oko 300 tisuća kilometara u sekundi.
Dakle, on se stvara na mjestu gdje se na elektrone dovodi napon, te se kao rezultat toga počinje kretati brzinom svjetlosti unutar vodljivog medija.
Kada se elektroni kreću unutar kristalne rešetke metala, pojavljuje se još jedan zanimljiv uzorak: on se sudara s otprilike svakim desetim protuionom. Odnosno, uspješno izbjegava oko 90% sudara s ionima.
Ovaj fenomen se ne objašnjava samo zakonima fundamentalne klasične fizike, kako to većina ljudi obično shvaća, već i dodatnim zakonima koji su opisani teorijom kvantne mehanike.
Ukratko izrazivši njihovo djelovanje, može se zamisliti da je kretanje elektrona unutar metala ometeno teškim "ljuljanjem" velikih iona, koji pružaju dodatni otpor.
Ovaj učinak je posebno uočljiv kada se metali zagrijavaju, kada se "ljuljačke" teških iona povećavaju i smanjuju električnu vodljivost kristalnih rešetki vodiča.
Stoga, kada se metali zagrijavaju, njihov električni otpor uvijek raste, a kada se ohlade, njihova vodljivost raste. Kada temperatura metala padne na kritične vrijednosti blizu apsolutne nule, u mnogima od njih javlja se fenomen supravodljivosti.
Električna struja, ovisno o svojoj veličini, može izvršiti različit rad. Za kvantitativnu ocjenu njegovih mogućnosti usvojena je vrijednost koja se naziva jakost struje. Njegova dimenzija u međunarodnom mjernom sustavu je 1 amper. Za označavanje struje struje u tehničkoj literaturi usvojen je indeks "I".
električni napon
Ovaj izraz se koristi kao karakteristika fizikalne veličine koja izražava rad utrošen na prijenos ispitne jedinice električnog naboja iz jedne točke u drugu bez promjene prirode smještaja preostalih naboja na postojeće izvore polja.
Budući da početna i krajnja točka imaju različite energetske potencijale, rad koji se vrši za pomicanje naboja ili napona podudara se s omjerom razlike između tih potencijala.
Ovisno o strujama koje teku, koriste se različiti izrazi i načini izračunavanja napona. To može biti:
1. konstanta - u elektrostatičkim i istosmjernim strujnim krugovima;
2. promjenljiva - u krugovima s izmjeničnom i sinusoidnom strujom.
U drugom slučaju koriste se dodatne karakteristike i vrste napona kao što su:
amplituda - najveće odstupanje od nulte pozicije osi x;
trenutna vrijednost, koja je izražena u određenom trenutku u vremenu;
efektivna, djelotvorna ili, drugačije nazvana, korijen srednje kvadratne vrijednosti, određena aktivnim radom obavljenim u jednom poluciklusu;
prosječno ispravljeno, izračunato modulom ispravljene vrijednosti jedne periode harmonika.
Za kvantificiranje napona uvedena je međunarodna jedinica 1 volt, a simbol "U" postao je njezina oznaka.
Kod prijenosa električne energije žicama nadzemnih vodova, dizajn nosača i njihove dimenzije ovise o vrijednosti korištenog napona. Njegova vrijednost između žica faza naziva se linearna, a u odnosu na svaku žicu i uzemljenje - faza.
Ovo pravilo vrijedi za sve vrste nadzemnih vodova.
U domaćim električnim mrežama u našoj zemlji standard je trofazni napon od 380/220 volti.
Električni otpor
Pojam se koristi za karakterizaciju svojstva tvari da oslabi prolaz električne struje kroz nju. U tom slučaju mogu se odabrati različiti mediji, promijeniti temperatura tvari ili njezine dimenzije.
U istosmjernim krugovima otpor vrši aktivan rad, pa se naziva aktivnim. Za bilo koji odjeljak, izravno je proporcionalan primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalan prolaznoj struji.
U krugovima izmjenične struje uvode se sljedeći koncepti:
impedancija;
valni otpor.
Električna impedancija se inače naziva kompleksna ili impedancija sa sastavnim dijelovima:
aktivan;
reaktivan.
Reaktancija, pak, može biti:
kapacitet;
induktivni.
Opisuju se odnosi između komponenti impedancije trokut otpora.
Pri izvođenju proračuna elektrodinamike, valna impedancija dalekovoda za prijenos električne energije određena je omjerom napona upadnog vala i veličine struje koja prolazi duž valne linije.
Vrijednost otpora je međunarodna jedinica od 1 ohma.
Odnos struje, napona, otpora
Klasičan primjer izražavanja odnosa između ovih karakteristika je usporedba s hidrauličkim krugom, u kojem sila kretanja protoka života (analogno - veličina struje) ovisi o vrijednosti sile primijenjene na klip ( stvoreni napon) i priroda strujnih linija koje čine suženja (otpor).
Za mjerenje osnovnih električnih veličina električne energije koriste se ampermetri, voltmetri i ommetri.
Ampermetar mjeri struju koja teče kroz krug. Budući da se ne mijenja na cijelom zatvorenom području, ampermetar se postavlja bilo gdje između izvora napona i potrošača, stvarajući prolaz naboja kroz mjernu glavu uređaja.
Voltmetar mjeri napon na stezaljkama potrošača priključenog na izvor struje.
Mjerenja otpora ommetrom mogu se izvoditi samo na potrošaču bez napona. To je zato što ohmmetar daje kalibrirani napon i mjeri struju koja prolazi kroz mjernu glavu, koja se pretvara u ohme dijeljenjem napona s primljenom vrijednošću struje.
Svako spajanje vanjskog napona male snage tijekom mjerenja stvorit će dodatne struje i iskriviti rezultat. S obzirom da su unutarnji krugovi ohmmetra napravljeni s niskom snagom, tada s pogrešnim mjerenjima otpora kada se primijeni vanjski napon, uređaj često ne uspije zbog činjenice da njegov unutarnji krug izgori.
Poznavanje osnovnih karakteristika struje, napona, otpora i ovisnosti među njima omogućuje električarima uspješno obavljanje posla i pouzdan rad električnih sustava, a učinjene pogreške vrlo često završavaju nesrećama i ozljedama.
Nabijene čestice, padajući u električno polje, počinju se kretati uredno u određenom smjeru. Čestice dobivaju određenu energiju, odnosno vrši se rad. Odrediti količinu rada na gibanju električnih naboja u električnom polju s intenzitetom E bilo je potrebno uvesti još jednu fizikalnu veličinu - električni napon U.
Koliki je rad električnog polja
Radni stav ALI, koje izvodi bilo koje električno polje pri premještanju pozitivnog naboja s jedne točke polja na drugu, do veličine naboja q naziva se električni napon U između ovih točaka:
$$ U = (A \preko q) $$
Možemo reći da je električni napon jednak radu premještanja naboja 1 privjeska iz jedne točke električnog polja u drugu.
Zatim, da biste odredili količinu posla koju polje obavlja, možete dobiti sljedeći izraz:
$$ A = ( q * U ) $$
Riža. 1. Elektroni u električnom polju.
Jedinice
U međunarodnom sustavu jedinica (SI sustav) jedinica za napon (V) nazvana je po talijanskom istraživaču Alessandru Volti (1745.-1827.), koji je dao golem doprinos razumijevanju prirode elektriciteta. Budući da se rad mjeri u džulima (J), a naboj u kulonima (K), tada:
$$ =( \preko ) $$
Napon može varirati u širokom rasponu, stoga se jedinice izvan sustava često koriste za izračune, kao što su:
- 1 mikrovolt (µV) = 0,0000001 V;
- 1 milivolt (mV) = 0,001 V;
- 1 kilovolt (kV) = 1000 V;
- 1 MV (megavolt) = 1000000 V.
DC i AC napon
Postoje dvije vrste napona - konstantni i promjenjivi. Primjer izvora konstantnog napona su konvencionalne baterije koje se koriste u kućanskim aparatima: daljinskim upravljačima, telefonima itd. Na površini baterija uvijek postoje znakovi "-" i "+".
To znači da će smjer električnog polja koje stvara baterija biti konstantan cijelo vrijeme. Izvori izmjeničnog napona izumljeni su kasnije i postali su široko rasprostranjeni zbog činjenice da se izmjenična struja lakše pretvara (pojačava, slabi) i prenosi na velike udaljenosti.
Riža. 2. Grafikoni konstantnih i izmjeničnih napona.
Iz grafova se vidi da konstantni napon ne ovisi o vremenu,
$$U(t) = const $$
Izmjenični napon se mijenja, prolazeći kroz nultu vrijednost, mijenjajući znak "+" u "-". Za formulu električnog napona U(t), trigonometrijske funkcije sinusa ili kosinusa dobro su prilagođene:
$$ U(t) = U_A * sin(ω*t) $$
gdje je U A — amplituda izmjeničnog napona, odnosno najveća vrijednost napona;
ω - frekvencija izmjeničnog napona, koja pokazuje koliko puta se znak napona mijenja u jednoj sekundi, odnosno "plus" se mijenja u "minus". Vrijednost frekvencije pokazuje koliko se brzo (koliko često) mijenja polaritet napona. Na primjer, u električnim utičnicama naših stanova napon se mijenja 50 puta u sekundi (s frekvencijom od 50 Hertza).
Djelovanje električnog napona, počevši od određenih vrijednosti, postaje nesigurno za ljude. U suhim prostorijama smatra se sigurnim napon do 36 V. Za sobe s povećanom vlagom ova vrijednost je još manja - 12 V. Stoga se uvijek morate pridržavati sigurnosnih mjera opreza pri radu i rukovanju električnim uređajima.
Kako i kojim naponom se mjeri
Napon se mjeri uređajem koji se zove voltmetar. Voltmetar je spojen paralelno na element električnog kruga na kojem se mjeri pad napona. Voltmetar je na dijagramima označen u obliku kruga, unutar kojeg se nalazi slovo V.
Riža. 3. Razni voltmetri i njihova oznaka na dijagramima.
Ranije su svi voltmetri bili pokazivački, a vrijednost napona je bila prikazana strelicom na skali uređaja s ispisanim digitalnim vrijednostima. Sada se većina ovih uređaja proizvodi s elektroničkom indikacijom (LED ili tekući kristal). Sam voltmetar ne bi trebao utjecati na rezultat mjerenja, stoga je njegov vlastiti otpor vrlo velik tako da kroz njega ne teče praktički nikakav naboj (električna struja).
Što smo naučili?
Dakle, naučili smo da je električni napon fizikalna veličina koja karakterizira rad sile električnog polja na kretanju električnih naboja. Napon može biti konstantan ili promjenjiv. Voltmetri se koriste za mjerenje napona.
Tematski kviz
Evaluacija izvješća
Prosječna ocjena: 4.8. Ukupno primljenih ocjena: 26.
