Мощность через сопротивление и напряжение: Как рассчитать мощность нагревателя — Дальтэн производство и продажа электронагревательных элементов

Что такое напряжение, ток, сопротивление: разбираемся на примерах

Содержание

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10^-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е^–.

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

 

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10

18 электронов) за 1 секунду.

 

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

 

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии.

Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

Напряжение, мощность и 📙 сопротивление в электрической цепи

1. Напряжение электрических цепей
2. Мощность электрических цепей
3. Сопротивление электрических цепей

Электрическая цепь – это комплекс устройств, соединенных проводами с целью передачи, распределения и сохранения электроэнергии. Основными параметрами электроцепей есть сила тока и напряжение. Электрическая схема – это графическое изображение электроцепи при помощи соответствующих обозначений.

Для начала стоит обозначить, чем является электрический ток. Электрически током есть упорядоченное перемещение заряженных частиц в проводнике. Для того, чтобы заряженные частички начали двигаться, создается электрическое поле, которое определенным образом приводит их в движение. При этом появление заряженных частиц возможно при тесном контакте двух разных веществ. В отдельных веществах заряды свободно перемещаются по их объему, в других – вовсе неподвижны. Вещества, в которых заряды свободно движутся, – это проводники, а те, в которых заряды не перемещаются – изоляторы или диэлектрики. Такая классификация считается условной, так как способность проводить электрические заряды различным веществам свойственна в разной мере, то есть они обладают различным сопротивлением прохождению электрических частичек.

Электрический ток характеризует сила тока, которая равна количеству заряженных частиц, перемещающемуся за единицу времени через поперечное сечение вещества:

\(i={dq\over dt},\)

где \(dq\) – количество заряда;

       \(dt\) – время.

Электрические заряды бывают положительные и отрицательные. Если наэлектризовать какое-либо тело, ток в нем будет протекать некоторое время, пока заряд не угаснет сам собой. Для обеспечения его длительного существования необходимо действие электрического поля, то есть разности потенциалов.

Такое поле может быть сформировано источником электрического тока.

Самый простой пример протекания электрического тока – это соединение заряженного тела при помощи проводника с землей.

Основными величинам, характеризующими электрический ток, считаются сила тока, напряжение и сопротивление. Они взаимосвязаны между собой и характеризуют основные процессы, протекающие в электроцепях.

Напряжение является одним из главных параметров, описывающих электрический ток. Электрический ток в физическом смысле – это упорядоченное перемещение электронов. Электрическое поле, которое формирует данное перемещение, выполняет для этого определенную работу. Работа электрического поля будет тем больше, чем большее количество заряда перемещается в единицу времени.

Напряжение является важнейшим фактором воздействия на работу электрического поля, и показывает отношение величины данной работы к количеству заряда, проходящего через определенный участок цепи. Работа электрического тока измеряется в Джоулях (Дж), а заряд – в Кулонах (Кл). Соответственно, напряжение измеряется в Дж/Кл, что является Вольтом (В).

Для появления напряжения необходим источник тока. Если цепь находится в разомкнутом положении, то напряжение есть лишь на клеммах источника. При включении источника в цепь, напряжение и ток появляется на ее участках. Измеряют напряжение прибором, именуемым вольтметр, подключая его параллельно к участку цепи, на котором необходимо его измерить.

Электрический потенциал приравнивается к отношению работы электрического поля к единичному заряду. То есть, такому заряду, который при попадании в электрическое поле, не искажает его. Таким образом:

\(dф = {dЭ \over dq_0}={Э \over q_0},\)

где \(ф\) – электрический потенциал;

       \(Э\) – работа электрического поля;

       \(q_0\) – единичный заряд.

Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Если мы обозначим данные точки 1 и 2, то напряжение между ними будет равняться:

\(U_{1-2} = ф_1-ф_2={dЭ_1 \over dq_0 }-{dЭ_2 \over dq_0}={dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

\(U_{1-2} = {dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

\(U_{2-1} =- {dЭ_ {1-2} \over dq_0};\)

То есть, напряжение – это работа электрополя по передвижению единичного заряда между двумя точками. В пассивных элементах электроцепей направления напряжения и тока одинаковы.

Мощность является еще одним параметром, описывающим поведение заряженных частиц. Мощностью является количество работы, совершаемой в единицу времени.>

Мощность электрического поля характеризует скорость его работы и равняется произведению силы тока и напряжения:

\(P=IU,\)

где \(P\) – мощность электротока;

       \(I\) – сила тока;

       \(U\) – напряжение.

Физически мощность показывает интенсивность передачи электрической энергии. Для измерения значения мощности используют ваттмеры. Мощность равняется количеству работы на перемещение электрических зарядов, совершенной за единицу времени:

\(P= {A \over δt},\)

где \(A\) – работа;

      \(δt\) – время совершения работы.

Мощность работы различных приборов зависит от силы тока и напряжения, при котором они работают. Чем выше эти параметры, тем выше мощность.

Электрическая мощность бывает активной и реактивной. Активная мощность превращается в механическую, тепловую, световую и иные виды энергии.

Реактивной мощностью является степень электрической нагрузки на индуктивные и емкостные элементы, что вызывается колебательным характером энергии электромагнитного поля.

Электрическое сопротивление определяет силу тока, протекающего при определенном напряжении цепи. Электрическим сопротивлением элемента является отношение напряжения на элементе, к силе тока, что по нему протекает:

\(R= {U \over I},\)

где \(R\) – сопротивление элемента цепи;

      \(U\) – напряжение;

       \(I\) – сила тока.

Для вычисления напряжения и тока элементов цепи необходимо знать их сопротивления. Источники питания бывают двух видов: источники постоянного тока (батарейки, аккумуляторы и прочее) и источники переменного тока (генераторы и прочие). В первых электродвижущая сила есть величиной постоянной, а во вторых – меняющейся по закону синуса с соответствующей частотой.

Различают активное и реактивное сопротивление. Активное не зависимо от частоты изменения ЭДС, что означает для сетей переменного тока, что сила тока на таком сопротивлении меняется синхронно напряжению. А реактивное сопротивление присуще для емкостных и индуктивных элементов цепи.

Для реактивной нагрузки характерно отставание либо опережение тока от напряжения. В емкостном элементе ток опережает напряжение, а в индуктивном – отстает от него.

Для примера можно привести разряженный конденсатор, в котором в момент подключения к постоянному току наблюдается максимальное значение тока при минимальной величине напряжения. Постепенно при его зарядке ток уменьшается, а напряжение растет до полной зарядки. При этом, подключив его к переменному току, конденсатор будет постоянно перезаряжаться с частотой сети, и будет наблюдаться увеличение тока раньше, чем напряжения.

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• КХААААААННННН!!!

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Elektor Zeitschrift — март/апрель 2021 г. (немецкий)

18 в наличии БОК-17989

$12,95 3,24 доллара США

Избранное Любимый 1

Список желаний

Модернизированная наклонно-поворотная платформа Arducam для камеры

В наличии РОБ-18648

26,95 $

1

Избранное Любимый 1

Список желаний

МИКРОЭ PowerBank Click

Нет в наличии ТОЛ-19476

24,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

MIKROE Давление 18 Нажмите

Нет в наличии SEN-20676

16,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Система STM32 Специальный

14 мая 2021 г.

Вчера мы выпустили две новые платы STM32, но на этой неделе нам еще есть о чем поговорить!

Избранное Любимый 0

Отправляйте данные датчиков через LoRa с нашим новым учебным пособием!

29 ноября 2022 г.

С помощью этого руководства вы сможете следить за тем, как Мэрайя отправляет данные датчиков по беспроводной сети, используя LoRa и две платы разработки SparkFun LoRa Thing Plus — expLoRaBLE.

Избранное Любимый 1

Руководство по подключению SparkFun Top pHAT

16 апреля 2020 г.

pHAT, чтобы сидеть над другими HAT. Делает ли это его «королем» pHAT? Это руководство поможет вам начать использовать Top pHAT с Raspberry Pi.

Избранное Любимый 2

Мощность и внутреннее сопротивление

Мощность и внутреннее сопротивление
Далее: Примеры работы Вверх: Электрический ток Предыдущий: Энергия в цепях постоянного тока Рассмотрим простую схему, в которой батарея ЭДС и внутренних сопротивление управляет током через внешний резистор сопротивления (см. рис. 17). Внешний резистор обычно называют как нагрузочный резистор . Это может означать либо электрический свет, электрический нагревательный элемент или, может быть, электродвигатель. основная цель схема заключается в передаче энергии от батареи к нагрузке, где она фактически делает что-то полезное для нас ( например , освещение лампочка или поднятие тяжестей). Посмотрим, насколько внутреннее сопротивление батареи мешает этому процессу.

Эквивалентное сопротивление цепи (поскольку сопротивление нагрузки равно последовательно с внутренним сопротивлением), поэтому ток, протекающий в схема задается

(145)

Выходная мощность ЭДС просто

(146)

Мощность, рассеиваемая в виде тепла на внутреннем сопротивлении батареи, равна

(147)

Аналогично, мощность, передаваемая в нагрузку, равна

(148)

Обратите внимание, что

(149)

Таким образом, часть выходной мощности батареи немедленно теряется по мере рассеивания тепла. внутреннее сопротивление аккумулятора. Остаток передается в нагрузку.

Пусть и . Это следует из уравнение (148) что

(150)

Функция монотонно возрастает от нуля при увеличивается в диапазоне, достигает максимальное значение при , а затем монотонно убывает с ростом В диапазоне . Другими словами, если сопротивление нагрузки изменяется при постоянна, а затем передаваемая мощность достигает максимума значение

(151)

когда . Это очень важный результат в электротехнике. Передача мощности между источником напряжения и внешней нагрузкой наиболее эффективна, когда сопротивление нагрузки соответствует внутреннему сопротивлению источника напряжения.