Як читати електричні схеми? Навантаження, робота і потужність

1. Розірвані і замкнуті ланцюги
2. Електроенергія і джерело живлення
3. Електричний струм і навантаження
4. Потужність електричного струму
5. резюме

Як читати електричні схеми? Продовжуємо далі.

Розірвані і замкнуті ланцюги

Почнемо з найпростішої схеми ліхтарика і від неї вже буде відштовхуватися

Тут ми бачимо три радіоелементу: джерело живлення Bat, вимикач S і кругляшок з хрестиком всередині, тобто лампочку. Все це разом називається електричним колом. Так як по ланцюгу не біжить електричний струм, то такий ланцюг називають розімкнутої.

Але варто нам клацнути вимикач, і у нас тут же загориться лампочка. Така ланцюг вже буде називатися замкнутою.

Електроенергія і джерело живлення

Тепер давайте докладніше розберемо нашу схему. Трохи розгорнемо її в просторі для зручності, ігноруючи ГОСТ по позначенню джерела живлення:

Як ми пам'ятаємо з минулої статті, електричний струм біжить від точки з більшим потенціалом, тобто від плюса, до точки з меншим потенціалом, тобто до мінуса. Або кажучи простою мовою: від плюса до мінуса. На даний момент у нас вимикач розімкнений. Можна сказати, що ми "обірвали" нашу ланцюг вимикачем. У середовищі електриків і електронників кажуть, що ланцюг "в обриві". Струм не біжить, лампочка не горить.

Але ось ми спритним рухом руки клацаємо вимикач і у нас ланцюг замикається:

Дорога для електричного струму відкрита, і він тече від плюса до мінуса через лампочку розжарювання, яка починає яскраво світитися.

Начебто все зрозуміло, але не зовсім. Хто або що змушує світитися лампочку? Мало того, що вона світить, вона ще й гріє!

Що найперше з'явилося у Всесвіті? Кажуть, що час, хоча я думаю, що енергія). Енергія нізвідки просто так не береться і нікуди просто так не зникає. Це і є закон збереження енергії, так що "поголіться" фанати вічних двигунів).

В даному досвіді у нас лампочка світить і гріє. Виходить, що лампочка випромінює і теплову та світлову енергію. Ви ж не забули, що світлові промені передають енергію? У побуті, наприклад, ми використовуємо сонячні панелі , Щоб з промінчиків отримати електричний струм.

Але тепер питання такої. Якщо лампочка випромінює світлову та теплову енергію, то звідки вона її отримує? Зрозуміло, від джерела живлення. Фраза "джерело харчування" вже говорить сама за себе. Бере енергію наша лампочка прямо від джерела живлення через проводку. Енергія, яка тече через проводочки, називається електроенергією.

А звідки бере електроенергію джерело живлення? Тут вже є різні способи видобутку електроенергії. Це може бути падаючий потік води, який крутить потужні лопаті вертушки, яка працює як генератор. Це можуть бути хімічні реакції в батарейках і акум. Це може бути навіть сонячна панелька або взагалі який-небудь елемент, типу Пельтьє , Який може виробляти електричний струм під дією різниці температур. Способів багато, а ефект один. Зробити так, щоб з'явилася ЕРС .

Електричний струм і навантаження

У справу йде Закон Ома . Як я вже писав, це найбільш значимий закон у всій електроніці. Що таке по суті лампочка? Це вольфрамовий проводок в скляній колбі з вакуумом. Вольфрам - це метал, отже, він може через себе проводити електричний струм. Але весь прикол в тому, що при певній напрузі він розжарюється і починає світитися. Тобто віддавати енергію в простір у вигляді тепла і випромінювання.

У холодному стані шляхом утворення володіє меншим опором, ніж в розпеченому, більш ніж в десять разів. Отже, лампочка - це просто як опір для електричного кола. У цій статті я взяв лампочку, щоб візуально показати навантаження. Навантаження - від слова "навантажувати". Джерела живлення не подобається, коли йому доводиться віддавати електроенергію. Він любить працювати без навантаження ;-)

Тепер давайте уявимо все це з точки зору гідравліки і механіки.

Маємо трубу, по якій бурхливим потік тече вода. До труби прироблена вертушка, типу водяного колеса. Лопаті вертушки крутять вал.

Малюнок я креслив по всім догмам креслення: головний вид, і справа його розріз.

Якщо до валу нічого не чіпляється, то потік води бурхливо біжить по трубі і крутить колесо, а воно в свою чергу крутить вал. Такий режим можна назвати холостим режимом роботи водяного колеса, тобто режимом без навантаження.

Але що буде, якщо ми почнемо використовувати обертання валу собі на благо? Наприклад, з'єднаємо за допомогою муфти вал водяного колеса з валом міні-млини?

Думаю, багато хто з моїх читачів відразу здогадаються, що водяне колесо почне пригальмовувати, так як ми його змусили працювати. Крутитися зі швидкістю холостого ходу у нашого валу вже не вийде. Швидкість буде менше. Тобто в нашому випадку у нас на валу є навантаження. Що ж буде відбуватися з потоком води в трубі? Він буде гальмуватися, так як лопаті вала не дадуть водичці спокійно бігти по трубі. Тому, загальний потік води в трубі буде менше, ніж ДО холостого ходу вала.

А якщо навантажити вал, щоб той піднімав вантажний ліфт?

Думаю, вся конструкція тут же постане колом. Тобто велике навантаження стане непосильна для вала. А якби ми зробили лопаті вертушки такі, щоб вони повністю перекривали діаметр труби, то потік рідини взагалі б зупинився.

Давайте розберемо ще один приклад для розуміння. Все той же самий малюнок:

Припустимо, що ми причепили до валу наждак, а електродвигун прибрали з цієї конструкції. І ось ми вирішили що-небудь шлифануть.

Отже, що у нас в результаті виходить? Якщо ми будемо слабо тиснути на шліфувальний круг, то у нас коло почне пригальмовуватися і вже буде крутитися з іншою швидкістю. Якщо ми сильніші будемо тиснути на коло, то швидкість валу ще більше впаде. Якщо ж потужність нашого вала слабенька, ми можемо домогтися того, що при сильному тиску на круг взагалі зупинити вал. Тоді і точиться нічого не буде ...

Давайте знову повернемося до міні-млині

Що буде якщо потік води в трубі збільшити в кілька разів? Млин буде крутитися так, що її порве нахрен! А якщо потік води в трубі буде дуже слабкий? Зрозуміло, млин буде молоти одно-два зернятка на годину. Хоча, знову ж таки, з великим потоком води ми цілком можемо підняти ліфт.

Розумієте до чого я веду? Все зав'язано один з одним! Тиск в трубі, швидкість потоку рідини і навантаження ... Всі вони пов'язані воєдино.

Потужність електричного струму

Для того, щоб це показати що до чого, ми візьмемо дві лампи на 12 Вольт, але різної потужності. На блоці живлення виставляю також 12 Вольт і збираю все це справа за схемою, яка миготіла на початку статті

Мій блок живлення може видати в навантаження 150 Ватт, що не парячись. Беру лампочку від мопеда і чіпляю її до блоку живлення

Дивимося споживання струму. 0,71 Ампер

Вираховуємо опір розпеченій нитки лампочки з закону Ома I = U / R, звідси R = U / I = 12 / 0,71 = 16,9 Ом.

Беру галогенну лампу від фари авто і також чіпляю її до блоку живлення

Дивимося споживання. 4,42 Ампера

Аналогічно обчислюємо опір нитки лампи. R = U / I = 12 / 4,42 = 2,7 Ом.

А тепер давайте порахуємо, яка лампочка більше всіх Ватт "відбирає" у джерела живлення. Згадуємо шкільну формулу P = UI. Отже, для маленької лампочки потужність складе P = 12 × 0,71 = 8,52 Ватта. А для великої лампочки потужність буде Р = 12х4,42 = 53 Ватта. Ого! У нас вийшло, що лампочка, яка володіла меншим опором, насправді дуже навіть ненажерлива.

Отже, якщо хто не пам'ятає, що таке потужність, можу нагадати. Потужність - це відношення якоїсь корисної роботи до часу, протягом якого ця робота відбувалася. Наприклад, треба скопати яму певних розмірів. Ви з лопатою, а ваш друг - на екскаваторі:

Хто швидше впорається із завданням за однаковий проміжок часу? Зрозуміло екскаватор. В цьому випадку, можна сказати, що його потужність набагато більше, ніж потужність людини з лопатою.

А тепер уявіть, що нам треба повністю під нуль сточити цю залізяку:

Подумайте ось над таким питанням ... У нас є в запасі 5 хв і нам треба сточити залізяку по-максимому. В якому випадку залізяка сточиться швидше за все: якщо притискати її до абразивного колі з усієї дурі, притискати злегка, або притискати в півсили? Не забувайте, що у нас абразивний круг підчеплений до валу, який крутить потік води в трубі. І так, труба у нас невеликого діаметру.

Хто відповів, що якщо притискати в півсили, то мав рацію. Залізяка в цьому випадку сточиться швидше. Якщо притискати її з усієї дурі, то можна взагалі зупинити коло. Ще раз, що у нас таке потужність? Корисна робота, що здійснюються за якийсь проміжок часу. А в нашому досвіді корисна робота це і є сточування залізяки по максималке. Також не забувайте і той момент, що якщо ми будемо злегка притискати залізяку, то ми будемо її сточувати пів дня. Тому, золота середина - це тиснути залізяку в півсили.

Ну ось ми і знову переходимо до електроніки ;-)

Потік води - сила струму , Тиск в трубі - напруга , Тиск залізяки на коло - опір . І що в результаті ми отримали? А то, що лампочка з меншим опором володіє більшою потужністю, ніж лампочка з великим опором. Не важко здогадатися, якщо просто подивитися на фото, але вживу ефект краще

Але чи обов'язково те, що чим менше опір, тим більше потужності виділяється на навантаженні? Звичайно ж ні. У всьому потрібен розрахунок, як і в минулому досвіді, де ми сточували залізяку за певний час.

І ще один фактор, звичайно, теж треба враховувати. Це тиск в трубі. Прикиньте, точимо-точимо ми залізяку, і раптом тиск в трубі стало підвищуватися. Може бути переповнилася вежа, або хтось відкрив краник на повну котушку. Що стане з наждаком? Його обороти прискоряться, оскільки сила потоку води в трубі збільшиться, а отже, ми ще швидше сточив нашу залізяку.

Тому формули потужності в електроніці мають ось такий вигляд:

де,

А - це корисна робота, Джоули

t - час, секунди

U - напруга, Вольти

I - сила струму, ампери

P - власне сама потужність, Примор'я

R - опір, Оми

Як ви можете помітити, формула P = I2 R говорить нам про те, що не завжди на маленькому опорі виробляється велика потужність і те, що потужність дуже сильно залежить від сили струму. А як підняти силу струму? Додати напруги ;-). Закон Ома працює завжди і всюди.

А з формули P = U2 / R, можна побачити, що чим менше опір і більша напруга в ланцюзі, тим більше потужність буде виділятися на навантаженні. А що таке виділення потужності на навантаженні? Це може бути тепло, світло, будь-яка механічна робота і тд. Коротше кажучи, вироблення якої-небудь корисної енергії для наших потреб.

резюме

Навантаженням в електричному ланцюзі називають будь-якої електричний прилад, який споживає електричну енергію.

Електрична енергія потрібна для того, щоб здійснювати будь-яку корисну роботу (дивитися телевізор, зависати в інтернеті, охолоджувати пивас в холодильнику і тд.)

Корисна робота за якийсь певний проміжок часу називається потужністю.

Потужність навантаження залежить від таких факторів, як опір навантаження на електричну ланцюг, напруга в ланцюзі, а також сила струму в ланцюзі.

Ланцюг, яка не має будь-якої навантаження, або має навантаження з нескінченно великим опором, називається розімкнутої або "в обриві".

продовження статті