Pogosto naše stranke, ko vidijo številke v imenu stabilizatorja, jih zamenjajo za moč v vatih. Pravzaprav proizvajalec praviloma navede skupno moč naprave v voltamperih, ki ni vedno enaka moči v vatih. Zaradi tega odtenka so možne redne močne preobremenitve stabilizatorja, kar bo posledično povzročilo njegovo prezgodnjo odpoved.
Električna energija vključuje več konceptov, od katerih bomo obravnavali najpomembnejše za nas:
Navidezna moč (VA)- vrednost, ki je enaka zmnožku toka (Ampere) in napetosti v tokokrogu (Volt). Merjeno v volt-amperih.
Aktivna moč (W)- vrednost, ki je enaka produktu toka (Ampere) in napetosti v tokokrogu (Volti) in faktor obremenitve (cos φ). Merjeno v vatih.
Faktor moči (cos φ)- vrednost, ki označuje trenutnega potrošnika. Preprosto povedano, ta koeficient kaže, koliko skupne moči (Volt-Ampere) je potrebno, da "potisne" moč, potrebno za opravljanje koristnega dela (Watt), v trenutni porabnik. Ta koeficient lahko najdete v tehničnih značilnostih naprav, ki porabljajo tok. V praksi lahko sprejme vrednosti od 0,6 (na primer vrtalno kladivo) do 1 (grelne naprave). Cos φ je lahko blizu enote v primeru, ko so trenutni porabniki toplotni (grelni elementi itd.) In svetlobne obremenitve. V drugih primerih bo njegova vrednost drugačna. Za poenostavitev velja, da je ta vrednost 0,8.
Aktivna moč (vati) = navidezna moč (volti amperov) * faktor moči (Cos φ)
Tisti. pri izbiri stabilizatorja napetosti za dom ali podeželsko hišo kot celoto je treba njegovo skupno moč v volt-amperih (VA) pomnožiti s faktorjem moči Cos φ = 0,8. Kot rezultat dobimo približno moč v vatih (W), za katero je zasnovan ta stabilizator. Pri izračunih ne pozabite upoštevati zagonskih tokov elektromotorjev. V trenutku zagona lahko njihova poraba energije preseže nazivno zmogljivost od tri do sedemkrat.
Moč je stopnja porabe energije, izražena kot razmerje med energijo in časom: 1 W = 1 J/1 s. En vat je enak razmerju en joul (enota dela) na eno sekundo.
Skoraj vsaka oseba je slišala za parametre električne energije, kot je volt, Amper in Watts.
Kaj je moč? Watt [W]
Watt, po sistemu SI je merska enota za moč. Dandanes se uporablja za merjenje moči vseh električnih in drugih naprav. Po teoriji fizike je moč stopnja porabe energije, izražena kot razmerje med energijo in časom: 1 W = 1 J/1 s. En vat je enak razmerju en joul (enota dela) na eno sekundo.
Danes se za označevanje moči električnih naprav pogosteje uporablja merska enota kilovat (skrajšano kW). Preprosto je uganiti, koliko vatov je v kilovatu - predpona "kilo" v sistemu SI označuje vrednost, dobljeno z množenjem s tisoč.
Za izračune, ki vključujejo moč, ni vedno priročno uporabiti samega vata. Včasih, ko so količine, ki se merijo, zelo velike ali zelo majhne, je veliko bolj priročno uporabiti mersko enoto s standardnimi predponami, s čimer se izognemo stalnim izračunom vrstnega reda vrednosti. Tako se pri načrtovanju in izračunu radarjev in radijskih sprejemnikov najpogosteje uporablja pW ali nW, za medicinske naprave, kot sta EEG in EKG, pa μW. Pri proizvodnji električne energije, pa tudi pri načrtovanju železniških lokomotiv se uporabljajo megavati (MW) in gigavati (GW).
Kaj je napetost? Volt [V]
Napetost je fizikalna količina, ki označuje velikost delovnega razmerja
električno polje v procesu prenosa naboja iz ene točke A v drugo točko B na vrednost tega istega naboja. Preprosto povedano, to je potencialna razlika med dvema točkama. Merjeno v voltih.
Napetost je v bistvu podobna količini vodnega tlaka v cevi; višja kot je, hitreje teče voda iz pipe. Napetost je standardizirana in enaka za vsa stanovanja, hiše in garaže, enaka 220 voltov z enofaznim napajanjem. V skladu z GOST je dovoljeno tudi 10-odstotno odstopanje za domače električno omrežje. Napetost ne sme biti nižja od 198 in ne višja od 242 voltov.
1 volt vsebuje:
- 1.000.000 mikrovoltov
- 1.000 milivoltov
Kaj je trenutna moč. Amper [A]
Moč toka to je fizikalna količina, ki je enaka razmerju med količino naboja, ki teče skozi prevodnik v določenem časovnem obdobju, in vrednostjo tega samega časovnega obdobja. Merjeno v amperih.
1 amper vsebuje:
- 1.000.000 mikroamperov
- 1000 miliamperov
Včasih je takšna naloga, kot je pretvorba amperov v vate ali kilovate, ali obratno - vate in kilovate v ampere, lahko težavna. Navsezadnje se le redko kdo od nas spomni formul iz šole na pamet. Razen seveda, če se morate zaradi svojega poklica ali hobija nenehno ukvarjati s tem.
Pravzaprav je v vsakdanjem življenju pogosto potrebno znanje o takih stvareh. Na primer, na vtičnici ali vtiču je oznaka v obliki napisa: "220V 6A". Ta oznaka odraža največjo dovoljeno moč priključenega bremena. Kaj to pomeni? Kakšna je največja moč omrežne naprave, ki jo je mogoče priključiti v takšno vtičnico ali uporabljati s tem vtičem?
Na podlagi te oznake vidimo, da je delovna napetost, za katero je zasnovana ta naprava, 220 voltov, največji tok pa 6 amperov. Če želite dobiti vrednost moči, preprosto pomnožite ti dve številki: 220 * 6 = 1320 vatov - največja moč za določen vtič ali vtičnico. Na primer, likalnik s paro lahko uporabljate le pri dveh, oljni grelec pa le pri polovični moči.
Koliko voltov vsebuje 1 amper?
Na to vprašanje je precej težko odgovoriti. Da pa boste lažje razumeli to vprašanje, vam predlagamo, da se seznanite s tabelami razmerij
Za DC
Za AC
Koliko vatov je v 1 amperu?
Torej, da dobite vate, morate navedene ampere pomnožiti z volti:
V njem je P Watt, I je A in U je Volt. To pomeni, da tok pomnožimo z napetostjo (v vtičnici imamo približno 220-230 voltov). To je glavna formula za iskanje moči v enofaznih električnih tokokrogih.
Primer izračuna porabe energije - pralni stroj porabi tok 10 A iz vtičnice 220 V, 10 A * 220 V = 2200 W ali 2,2 kilovata, saj je en kilovat enak 1000 vatov.
Pretvarjanje vatov v ampere
Včasih je treba moč v vatih pretvoriti v ampere. To je težava, s katero se na primer sooča oseba, ki se odloči izbrati odklopnik za grelnik vode.
Na primer, grelnik vode pravi "2500 W" - to je nazivna moč pri omrežni napetosti 220 voltov. Zato, da bi dobili največje ampere grelnika vode, delimo nazivno moč z nazivno napetostjo in dobimo: 2500/220 = 11,36 amperov.
Torej, lahko izberete 16-amperski stroj. 10-amperski odklopnik očitno ne bo dovolj, 16-amperski odklopnik pa bo deloval takoj, ko tok preseže varno vrednost. Torej, da dobite ampere, morate vatov deliti z napajalnimi volti - moč delite z napetostjo I = P/U (volti v gospodinjskem omrežju 220-230).
Koliko amperov je v kilovatu in koliko kilovatov je v amperu
Pogosto se zgodi, da je na omrežni električni napravi moč navedena v kilovatih (kW), potem bo morda treba pretvoriti kilovate v ampere. Ker je v enem kilovatu 1000 vatov, lahko za omrežno napetost 220 voltov predpostavimo, da je v enem kilovatu 4,54 ampera, ker I = P/U = 1000/220 = 4,54 ampera. Nasprotna izjava velja tudi za omrežje: v enem amperu je 0,22 kW, ker P = I*U = 1*220 = 220 W = 0,22 kW.
Za približne izračune je mogoče upoštevati, da je pri enofazni obremenitvi nazivni tok I ≈ 4,5P, kjer je P poraba energije v kilovatih. Na primer, kdaj P = 5 kW, I = 4,5 x 5 = 22,5 A.
Vati v kilovate
To pomeni, da je 1 kW = 1000 W (en kilovat je enak tisoč vatov). Obraten prevod je prav tako preprost: število lahko delite s tisoč ali premaknete decimalno vejico za tri števke v levo. Na primer:
- moč pralnega stroja 2100 W = 2,1 kW;
- moč kuhinjskega mešalnika 1,1 kW = 1100 W;
- moč elektromotorja 0,55 kW = 550 W itd.
Kilodžuli v kilovate in kilovatne ure
Včasih je koristno vedeti, kako pretvoriti kilodžule v kilovate. Za odgovor na to vprašanje se vrnimo k osnovnemu razmerju vatov in joulov: 1 W = 1 J/1 s. Zlahka je uganiti, da:
- 1 kilodžul = 0,0002777777777778 kilovatne ure(v eni uri je 60 minut, v eni minuti pa 60 sekund, zato je v uri 3600 sekund in 1/3600 = 0,000277778).
- 1 W = 3600 joulov na uro
Vati v konjske moči
- 1 konjska moč = 736 vatov, torej 5 konjskih moči = 3,68 kW.
- 1 kilovat = 1,3587 konjske moči.
Vati v kalorije
- 1 joule = 0,239 kalorij, torej 239 kcal = 0,0002777777777778 kilovatne ure.
Meritve toka in napetosti
Za merjenje napetosti morate multimeter preklopiti v način merjenja izmenične napetosti in nastaviti zgornjo mejo čim višje. Na primer 400 voltov. Nato se z merilnimi sondami dotaknite ničle in faze v vtičnici ali priključnem bloku in na zaslonu boste videli vrednost napetosti.
Težje je izmeriti tok, za merjenje morate preklopiti na način merjenja toka v amperih in ga povezati tako, da tok teče skozi električno merilno napravo, multimeter pa mora biti povezan z virom napajanja. Ali v dražjih modelih multimetrov sta na vrhu dve dodatni nastavljivi sondi, ki ju je treba ločiti s pritiskom na tipko in prenesti znotraj žice, na kateri je treba izmeriti trenutno vrednost. Tukaj sta dve pomembni točki: zaženite samo eno fazno žico in se prepričajte, da so električni testni kabli tesno povezani.
Javascript je onemogočen v vašem brskalniku.Za izvajanje izračunov morate omogočiti kontrolnike ActiveX!
Sodobno udobje našega življenja dolgujemo električnemu toku. Osvetljuje naše domove, ustvarja sevanje v vidnem območju svetlobnih valov, kuha in segreva hrano v različnih napravah, kot so električni štedilniki, mikrovalovne pečice, opekači kruha, in nas rešuje potrebe po iskanju goriva za ogenj. Zahvaljujoč njej se hitro premikamo v vodoravni ravnini v električnih vlakih, podzemnih železnicah in vlakih ter se premikamo v navpični ravnini na tekočih stopnicah in v kabinah dvigal. Toploto in udobje v naših domovih dolgujemo električnemu toku, ki teče v klimatskih napravah, ventilatorjih in električnih grelnikih. Različni električni stroji, ki jih poganja električni tok, nam olajšajo delo tako doma kot v službi. Resnično živimo v električni dobi, saj prav zaradi električnega toka delujejo naši računalniki in pametni telefoni, internet in televizija ter druge pametne elektronske naprave. Ni zaman, da človeštvo vlaga toliko truda v proizvodnjo električne energije v termo, jedrskih in hidroelektrarnah - elektrika je sama po sebi najbolj priročna oblika energije.
Ne glede na to, kako paradoksalno se sliši, so ideje o praktični uporabi električnega toka med prvimi prevzeli najbolj konservativni del družbe – mornariški častniki. Jasno je, da je bilo priti na vrh v tej zaprti kasti težko; admiralom, ki so začeli kot kabinski dečki v jadralni floti, je bilo težko dokazati, da morajo preiti na povsem kovinske ladje s parnimi stroji, tako da mlajši častniki so se vedno zanašali na inovacije. Uspeh uporabe gasilskih ladij med rusko-turško vojno leta 1770, ki je odločil izid bitke v zalivu Chesme, je postavil vprašanje zaščite pristanišč ne le z obalnimi baterijami, temveč tudi s sodobnejšimi sredstvi takratna obramba – minska polja.
Razvoj podvodnih rudnikov različnih sistemov poteka že od začetka 19. stoletja, najuspešnejše zasnove so bile avtonomne mine na električni pogon. V 70. letih. V 19. stoletju je nemški fizik Heinrich Hertz izumil napravo za električno detonacijo sidrnih min z globino namestitve do 40 m. Njene modifikacije so nam znane iz zgodovinskih filmov o pomorskih temah - to je zloglasni "rogati". mine, pri kateri se je ob stiku s trupom ladje zdrobil svinčeni "rog", ki je vseboval ampulo, napolnjeno z elektrolitom, zaradi česar je začela delovati preprosta baterija, katere energija je zadostovala za detonacijo mine. .
Mornarji so bili prvi, ki so cenili potencial takrat še nepopolnih močnih svetlobnih virov - modifikacije Yablochkovih sveč, v katerih sta bila vir svetlobe električni lok in žareča vroča pozitivna ogljikova elektroda - za uporabo pri signalizaciji in osvetljevanju bojišča. Uporaba reflektorjev je dala izjemno prednost tisti strani, ki jih je uporabljala v nočnih bitkah ali pa jih je preprosto uporabljala kot signalno sredstvo za prenos informacij in usklajevanje delovanja pomorskih formacij. In svetilniki, opremljeni z močnimi reflektorji, so poenostavili navigacijo v nevarnih obalnih vodah.
Ni presenetljivo, da je mornarica tista, ki je z udarcem sprejela metode brezžičnega prenosa informacij - mornarji niso bili v zadregi zaradi velikosti prvih radijskih postaj, saj so prostori ladij omogočali namestitev tako naprednih, čeprav za tisti čas zelo okorne komunikacijske naprave.
Električni stroji so pripomogli k poenostavitvi polnjenja ladijskih topov, električni agregati za obračanje topovskih kupol pa so povečali manevriranje topovskih udarcev. Ukazi, posredovani prek ladijskega telegrafa, so povečali učinkovitost interakcije med celotno ekipo, kar je dalo pomembno prednost v bojnih spopadih.
Najbolj grozljiva uporaba električnega toka v zgodovini mornarice je bila uporaba dizelsko-električnih podmornic razreda U v tretjem rajhu. Podmornice Hitlerjevega "volčjega tropa" so potopile številne ladje zavezniške transportne flote - spomnite se le žalostne usode konvoja PQ-17.
Britanskim mornarjem je uspelo pridobiti več kopij šifrirnih strojev Enigma (Riddle), britanski obveščevalci pa so uspešno dešifrirali njegovo kodo. Eden od uglednih znanstvenikov, ki je delal na tem, je Alan Turing, znan po svojih prispevkih k temeljim računalništva. Z dostopom do radijskih sporočil admirala Dönitza je zavezniški mornarici in obalnim letalstvom uspelo vrniti Wolfpack nazaj na obale Norveške, Nemčije in Danske, tako da so bile operacije podmornic od leta 1943 omejene na kratkotrajne napade.
Hitler je nameraval svoje podmornice opremiti z raketami V-2 za napade na vzhodno obalo ZDA. Na srečo so hitri zavezniški napadi na zahodni in vzhodni fronti preprečili uresničitev teh načrtov.
Sodobna flota si je nepredstavljiva brez letalonosilk in jedrskih podmornic, katerih energetsko neodvisnost zagotavljajo jedrski reaktorji, ki uspešno združujejo parne tehnologije 19. stoletja, električne tehnologije 20. stoletja in jedrske tehnologije 21. stoletja. Reaktorji na jedrski pogon proizvedejo dovolj električnega toka za napajanje celega mesta.
Poleg tega so se mornarji spet posvetili elektriki in preizkušajo uporabo railgunov - električnih pušk za izstreljevanje kinetičnih izstrelkov, ki imajo ogromno rušilno moč.
Zgodovinska referenca
S pojavom zanesljivih elektrokemičnih virov enosmernega toka, ki jih je razvil italijanski fizik Alessandro Volta, je cela galaksija izjemnih znanstvenikov iz različnih držav začela preučevati pojave, povezane z električnim tokom, in razvijati njegove praktične uporabe na številnih področjih znanosti in tehnologije. Dovolj je, da se spomnimo nemškega znanstvenika Georga Ohma, ki je oblikoval zakon tokovnega toka za elementarni električni krog; nemški fizik Gustav Robert Kirchhoff, ki je razvil metode za izračun kompleksnih električnih vezij; Francoski fizik Andre Marie Ampere, ki je odkril zakon interakcije za konstantne električne tokove. Delo angleškega fizika Jamesa Prescotta Joula in ruskega znanstvenika Emila Christianoviča Lenza je neodvisno drug od drugega pripeljalo do odkritja zakona kvantitativne ocene toplotnega učinka električnega toka.
Nadaljnji razvoj preučevanja lastnosti električnega toka je bilo delo britanskega fizika Jamesa Clarka Maxwella, ki je postavil temelje sodobne elektrodinamike, ki so danes znane kot Maxwellove enačbe. Maxwell je razvil tudi elektromagnetno teorijo svetlobe, ki je napovedala številne pojave (elektromagnetno valovanje, pritisk elektromagnetnega sevanja). Kasneje je nemški znanstvenik Heinrich Rudolf Hertz eksperimentalno potrdil obstoj elektromagnetnega valovanja; njegovo delo na področju preučevanja odboja, interference, difrakcije in polarizacije elektromagnetnega valovanja je bilo osnova za nastanek radia.
Delo francoskih fizikov Jean-Baptiste Biota in Felixa Savarda, ki sta eksperimentalno odkrila manifestacije magnetizma, ko teče enosmerni tok, in izjemnega francoskega matematika Pierra-Simona Laplacea, ki je svoje rezultate posplošil v obliki matematičnega zakona za prvič povezal dve plati enega pojava in postavil temelje elektromagnetizmu. Štafeto od teh znanstvenikov je prevzel sijajni britanski fizik Michael Faraday, ki je odkril pojav elektromagnetne indukcije in postavil temelje sodobne elektrotehnike.
Velik prispevek k razlagi narave električnega toka je dal nizozemski teoretični fizik Hendrik Anton Lorentz, ki je ustvaril klasično elektronsko teorijo in iz elektromagnetnega polja dobil izraz za silo, ki deluje na gibajoči se naboj.
Elektrika. Definicije
Električni tok je usmerjeno (urejeno) gibanje nabitih delcev. Zaradi tega je tok definiran kot število nabojev, ki prehajajo skozi presek prevodnika na časovno enoto:
I = q / t, kjer je q naboj v kulonih, t čas v sekundah, I tok v amperih
Druga definicija električnega toka je povezana z lastnostmi prevodnikov in jo opisuje Ohmov zakon:
I = U/R, kjer je U napetost v voltih, R upor v ohmih, I tok v amperih
Električni tok se meri v amperih (A) in njegovih decimalnih mnogokratnikih in delnih večkratnikih - nanoamperih (milijardinkah ampera, nA), mikroamperih (milijonitkah ampera, μA), miliamperih (tisočinkah ampera, mA), kiloamperih (tisočinkah amperov, kA) in megaamperov (milijonov amperov, MA).
Dimenzija toka v sistemu SI je definirana kot
[A] = [Cl] / [sek]
Značilnosti toka električnega toka v različnih okoljih. Fizika pojavov
Električni tok v trdnih snoveh: kovine, polprevodniki in dielektriki
Pri obravnavi vprašanja pretoka električnega toka je treba upoštevati prisotnost različnih tokovnih nosilcev - elementarnih nabojev - značilnih za dano agregatno stanje snovi. Sama snov je lahko trdna, tekoča ali plinasta. Edinstven primer takih stanj, opaženih v običajnih pogojih, je stanje dihidrogen monoksida ali, z drugimi besedami, vodikovega hidroksida ali preprosto navadne vode. Njegovo trdno fazo opazimo, ko iz zamrzovalnika vzamemo koščke ledu za hlajenje pijač, ki jih večina temelji na tekoči vodi. Ko kuhamo čaj ali instant kavo, jo prelijemo z vrelo vodo, pripravljenost slednje pa nadziramo s pojavom meglice, sestavljene iz kapljic vode, ki kondenzirajo v hladnem zraku iz plinaste vodne pare, ki izhaja iz izliva kotliček.
Obstaja tudi četrto agregatno stanje, imenovano plazma, ki sestavlja zgornje plasti zvezd, zemeljsko ionosfero, plamene, električne loke in snov v fluorescenčnih sijalkah. Visokotemperaturno plazmo je težko reproducirati v zemeljskih laboratorijih, saj zahteva zelo visoke temperature - več kot 1.000.000 K.
S strukturnega vidika delimo trdne snovi na kristalne in amorfne. Kristalne snovi imajo urejeno geometrijsko strukturo; atomi ali molekule takšne snovi tvorijo svojevrstne volumetrične ali ravne rešetke; Kristalni materiali vključujejo kovine, njihove zlitine in polprevodnike. Ista voda v obliki snežink (kristalov različnih neponavljajočih se oblik) odlično ponazarja idejo o kristalnih snoveh. Amorfne snovi nimajo kristalne mreže; Ta struktura je značilna za dielektrike.
V normalnih pogojih tok v trdnih materialih teče zaradi gibanja prostih elektronov, ki nastanejo iz valenčnih elektronov atomov. Z vidika obnašanja materialov pri prehajanju električnega toka slednje delimo na prevodnike, polprevodnike in izolatorje. Lastnosti različnih materialov so po pasovni teoriji prevodnosti določene s širino prepovedanega pasu, v katerem se elektroni ne morejo nahajati. Izolatorji imajo najširšo vrzel v pasu, ki včasih doseže 15 eV. Pri temperaturi absolutne ničle izolatorji in polprevodniki nimajo elektronov v prevodnem pasu, pri sobni temperaturi pa bo zaradi toplotne energije že določeno število elektronov izbitih iz valenčnega pasu. V prevodnikih (kovinah) se prevodni in valenčni pas prekrivata, zato je pri temperaturi absolutne ničle precej veliko število elektronov - tokovnih prevodnikov, ki se obdrži pri višjih temperaturah materialov, vse do njihovega popolnega taljenja. Polprevodniki imajo majhne vrzeli v pasovih, njihova sposobnost prevajanja električnega toka pa je močno odvisna od temperature, sevanja in drugih dejavnikov ter prisotnosti nečistoč.
Poseben primer je pretok električnega toka skozi tako imenovane superprevodnike - materiale, ki imajo ničelni upor proti toku toka. Prevodni elektroni takih materialov tvorijo sklope delcev, ki so med seboj povezani zaradi kvantnih učinkov.
Izolatorji, kot že njihovo ime pove, izjemno slabo prevajajo elektriko. Ta lastnost izolatorjev se uporablja za omejevanje pretoka toka med prevodnimi površinami različnih materialov.
Poleg obstoja tokov v prevodnikih s konstantnim magnetnim poljem se ob prisotnosti izmeničnega toka in z njim povezanega izmeničnega magnetnega polja pojavijo učinki, povezani z njegovo spremembo ali tako imenovani "vrtinčni" tokovi, drugače imenovani Foucaultovi tokovi. Hitreje kot se spreminja magnetni tok, močnejši so vrtinčni tokovi, ki ne tečejo po določenih poteh v žicah, ampak, ko se zaprejo v prevodniku, tvorijo vrtinčna vezja.
Pri vrtinčnih tokovih pride do kožnega učinka, kar pomeni, da se izmenični električni tok in magnetni tok širita predvsem v površinski plasti prevodnika, kar vodi do izgub energije. Za zmanjšanje izgub energije zaradi vrtinčnih tokov se uporablja razdelitev magnetnih jeder izmeničnega toka na ločene, električno izolirane plošče.
Električni tok v tekočinah (elektroliti)
Vse tekočine so tako ali drugače sposobne prevajati električni tok, ko je nanje priključena električna napetost. Take tekočine imenujemo elektroliti. Nosilci toka v njih so pozitivno in negativno nabiti ioni - kationi oziroma anioni, ki obstajajo v raztopini snovi zaradi elektrolitske disociacije. Tok v elektrolitih zaradi gibanja ionov, v nasprotju s tokom zaradi gibanja elektronov, značilnega za kovine, spremlja prenos snovi na elektrode s tvorbo novih kemičnih spojin v njihovi bližini ali odlaganjem teh snovi ali novih spojin na elektrodah.
Ta pojav je postavil temelje sodobni elektrokemiji s kvantificiranjem gramskih ekvivalentov različnih kemičnih snovi, s čimer je anorgansko kemijo spremenil v eksaktno znanost. Nadaljnji razvoj kemije elektrolitov je omogočil ustvarjanje virov kemičnega toka za enkratno in ponovno polnjenje (suhe baterije, akumulatorji in gorivne celice), kar je posledično dalo velik zagon razvoju tehnologije. Samo pogledati morate pod pokrov svojega avtomobila, da vidite rezultate truda generacij znanstvenikov in kemijskih inženirjev v obliki avtomobilske baterije.
Veliko število tehnoloških procesov, ki temeljijo na pretoku toka v elektrolitih, omogoča ne le impresiven videz končnih izdelkov (kromiranje in nikljanje), temveč tudi njihovo zaščito pred korozijo. Postopki elektrokemičnega nanašanja in elektrokemičnega jedkanja so osnova sodobne proizvodnje elektronike. Danes so to najbolj priljubljeni tehnološki procesi, število komponent, izdelanih s pomočjo teh tehnologij, znaša več deset milijard enot na leto.
Električni tok v plinih
Električni tok v plinih je posledica prisotnosti prostih elektronov in ionov v njih. Za pline je zaradi redčenja značilna dolga pot pred trki molekul in ionov; Zaradi tega je pretok toka skozi njih v normalnih pogojih razmeroma težaven. Enako lahko rečemo za mešanice plinov. Naravna mešanica plinov je atmosferski zrak, ki v elektrotehniki velja za dobrega izolatorja. To je značilno tudi za druge pline in njihove mešanice v običajnih fizikalnih pogojih.
Pretok toka v plinih je zelo odvisen od različnih fizikalnih dejavnikov, kot so tlak, temperatura in sestava mešanice. Poleg tega imajo učinek različne vrste ionizirajočega sevanja. Tako, na primer, pod vplivom ultravijoličnih ali rentgenskih žarkov ali pod vplivom katodnih ali anodnih delcev ali delcev, ki jih oddajajo radioaktivne snovi, ali končno pod vplivom visoke temperature, plini pridobijo lastnost, da bolje prevajajo električni tok. trenutno.
Endotermni proces nastajanja ionov kot posledica absorpcije energije električno nevtralnih atomov ali molekul plina imenujemo ionizacija. Ko prejmejo dovolj energije, elektron ali več elektronov zunanje elektronske lupine, ki premagajo potencialno oviro, zapustijo atom ali molekulo in postanejo prosti elektroni. Atom ali molekula plina postanejo pozitivno nabiti ioni. Prosti elektroni se lahko pritrdijo na nevtralne atome ali molekule in tvorijo negativno nabite ione. Pozitivni ioni lahko ob trku ponovno ujamejo proste elektrone in tako ponovno postanejo električno nevtralni. Ta proces se imenuje rekombinacija.
Prehod toka skozi plinasti medij spremlja sprememba stanja plina, ki določa kompleksno naravo odvisnosti toka od uporabljene napetosti in na splošno spoštuje Ohmov zakon le pri nizkih tokovih.
V plinih obstajajo nesamovzdržne in neodvisne razelektritve. Pri nesamovzdržni razelektritvi tok v plinu obstaja le ob prisotnosti zunanjih ionizirajočih dejavnikov; v njihovi odsotnosti v plinu ni pomembnega toka. Pri samopraznjenju se tok ohranja zaradi udarne ionizacije nevtralnih atomov in molekul ob trku s prostimi elektroni in ioni, pospešenimi z električnim poljem, tudi po odstranitvi zunanjih ionizirajočih vplivov.
Nesamovzdržna razelektritev z majhno potencialno razliko med anodo in katodo v plinu se imenuje tiha razelektritev. Z naraščanjem napetosti se tok najprej poveča sorazmerno z napetostjo (odsek OA na tokovno-napetostni karakteristiki mirnega praznjenja), nato se naraščanje toka upočasni (odsek krivulje AB). Ko gredo vsi delci, ki nastanejo pod vplivom ionizatorja, hkrati na katodo in anodo, tok ne narašča z naraščajočo napetostjo (odsek grafa BC). Z nadaljnjim naraščanjem napetosti se tok ponovno poveča in tiha razelektritev preide v nesamovzdržno lavinsko razelektritev. Vrsta nesamovzdržne razelektritve je žareča razelektritev, ki ustvarja svetlobo v plinskih sijalkah različnih barv in namenov.
Za prehod nesamovzdržne električne razelektritve v plinu v samovzdržno razelektritev je značilno močno povečanje toka (točka E na karakteristični krivulji tok-napetost). Imenuje se električni razpad plina.
Vse zgoraj navedene vrste izpustov se nanašajo na stacionarne vrste izpustov, katerih glavne značilnosti niso odvisne od časa. Poleg stacionarnih razelektritev obstajajo prehodne razelektritve, ki običajno nastanejo v močnih nehomogenih električnih poljih, na primer v bližini koničastih in ukrivljenih površin prevodnikov in elektrod. Obstajata dve vrsti prehodnih razelektritev: koronska in iskričasta.
Pri koronski razelektritvi ionizacija ne vodi do okvare, temveč le ponavljajoč se proces vžiga nesamostojne razelektritve v omejenem prostoru v bližini vodnikov. Primer koronske razelektritve je sij atmosferskega zraka v bližini visoko dvignjenih anten, strelovodov ali visokonapetostnih daljnovodov. Pojav koronske razelektritve na daljnovodih vodi do izgub električne energije. V prejšnjih časih so ta sij na vrhovih jamborov poznali mornarji jadralne flote kot luči svetega Elma. Koronska razelektritev se uporablja v laserskih tiskalnikih in elektrografskih fotokopirnih strojih, kjer jo ustvarja korotron – kovinska žica, na katero je priključena visoka napetost. To je potrebno za ionizacijo plina, da se napolni fotoobčutljivi boben. V tem primeru je koronska razelektritev koristna.
Iskričasta razelektritev, za razliko od koronske razelektritve, vodi do okvare in ima videz prekinitvenih svetlih razvejanih niti, napolnjenih z ioniziranim plinom, ki se pojavljajo in izginjajo, spremlja pa jih sproščanje velike količine toplote in svetel sij. Primer naravnega iskrišča je strela, kjer lahko tok doseže več deset kiloamperov. Pred samim nastankom strele se ustvari prevodni kanal, tako imenovan padajoči »temni« vodja, ki skupaj z induciranim naraščajočim vodjem tvori prevodni kanal. Strela je običajno večkratna iskrica v oblikovanem prevodnem kanalu. Močna iskričasta razelektritev je našla svojo tehnično uporabo tudi v kompaktnih fotobliskavicah, pri katerih do razelektritve pride med elektrodama cevi iz kremenčevega stekla, napolnjene z mešanico ioniziranih žlahtnih plinov.
Dolgotrajna razgradnja plina se imenuje obločna razelektritev in se uporablja v varilni tehniki, ki je temelj tehnologije za ustvarjanje jeklenih konstrukcij našega časa, od nebotičnikov do letalonosilk in avtomobilov. Uporablja se za varjenje in rezanje kovin; razlika v procesih je posledica jakosti tekočega toka. Pri razmeroma nižjih vrednostih toka pride do varjenja kovine, pri višjih vrednostih obločnega razelektritve pride do rezanja kovine zaradi odstranitve staljene kovine izpod električnega obloka z različnimi metodami.
Druga uporaba obločne razelektritve v plinih so svetilke na principu električnega praznjenja, ki razpršijo temo na naših ulicah, trgih in stadionih (natrijeve sijalke) ali avtomobilske halogenske žarnice, ki so zdaj nadomestile običajne žarnice z žarilno nitko v avtomobilskih žarometih.
Električni tok v vakuumu
Vakuum je idealen dielektrik, zato je električni tok v vakuumu možen le ob prisotnosti prostih nosilcev v obliki elektronov ali ionov, ki nastanejo zaradi toplotne ali fotoemisije ali drugih metod.
Glavna metoda ustvarjanja toka v vakuumu zaradi elektronov je metoda termionske emisije elektronov s kovinami. Okoli segrete elektrode, imenovane katoda, nastane oblak prostih elektronov, ki zagotavljajo pretok električnega toka ob prisotnosti druge elektrode, imenovane anoda, pod pogojem, da je med njima ustrezna napetost zahtevane polarnosti. Takšne električne vakuumske naprave se imenujejo diode in imajo lastnost enosmerne prevodnosti toka, ki se izklopi, ko se napetost obrne. Ta lastnost se uporablja za usmerjanje izmeničnega toka, ki ga diodni sistem pretvori v impulzni enosmerni tok.
Dodatek dodatne elektrode, imenovane mreža, ki se nahaja v bližini katode, vam omogoča, da dobite triodni ojačevalni element, v katerem majhne spremembe napetosti na mreži glede na katodo omogočajo pomembne spremembe v tekočem toku in , v skladu s tem znatne spremembe napetosti na obremenitvi, ki je zaporedno povezana s svetilko glede na vir energije , ki se uporablja za ojačanje različnih signalov.
Uporaba elektrovakuumskih naprav v obliki triod in naprav z velikim številom mrež za različne namene (tetrode, pentode in celo heptode) je revolucionirala generiranje in ojačanje radiofrekvenčnih signalov ter privedla do nastanka sodobnega radijskega in televizijskega oddajanja. sistemi.
Zgodovinsko gledano je bil razvoj radijske radiodifuzije prvi, saj so bili načini pretvorbe razmeroma nizkofrekvenčnih signalov in njihovega prenosa ter vezja sprejemnih naprav z ojačenjem in pretvorbo radijske frekvence ter njeno pretvarjanje v akustični signal razmeroma razvita. preprosto.
Pri ustvarjanju televizije so bile uporabljene električne vakuumske naprave za pretvorbo optičnih signalov - ikonoskopi, kjer so se elektroni oddajali zaradi fotoemisije vpadne svetlobe. Nadaljnje ojačanje signala je bilo izvedeno z ojačevalniki z uporabo vakuumskih cevi. Za obratno pretvorbo televizijskega signala so bile uporabljene slikovne cevi, ki ustvarjajo sliko zaradi fluorescence materiala zaslona pod vplivom elektronov, pospešenih do visokih energij pod vplivom pospeševalne napetosti. Sinhroniziran sistem za branje signalov ikonoskopa in sistem za skeniranje slike kineskopa sta ustvarila televizijsko sliko. Prvi kineskopi so bili enobarvni.
Kasneje so bili ustvarjeni barvni televizijski sistemi, v katerih so se ikonoskopi, ki berejo slike, odzivali samo na lastno barvo (rdečo, modro ali zeleno). Sevalni elementi slikovnih cevi (barvni fosfor) so zaradi pretoka toka, ki ga ustvarjajo tako imenovane "elektronske puške", ki reagirajo na vdor pospešenih elektronov vanje, oddajali svetlobo v določenem območju ustrezne jakosti. Da bi zagotovili, da žarki iz pištol vsake barve zadenejo svoj fosfor, so bile uporabljene posebne zaščitne maske.
Sodobna televizijska in radijska oprema je izdelana z uporabo naprednejših elementov z manjšo porabo energije - polprevodnikov.
Ena izmed pogosto uporabljenih metod za pridobivanje slik notranjih organov je metoda fluoroskopije, pri kateri elektroni, ki jih oddaja katoda, prejmejo tako pomemben pospešek, da ob udarcu ob anodo ustvarijo rentgenske žarke, ki lahko prodrejo v mehka tkiva organa. Človeško telo. Rentgenski žarki dajejo zdravnikom edinstvene informacije o poškodbah kosti, stanju zob in nekaterih notranjih organov, razkrivajo celo tako resno bolezen, kot je pljučni rak.
Na splošno imajo električni tokovi, ki nastanejo kot posledica gibanja elektronov v vakuumu, širok spekter uporabe, ki vključuje vse radijske cevi, pospeševalnike nabitih delcev, masne spektrometre, elektronske mikroskope, ultravisokofrekvenčne vakuumske generatorje, v obliki potujočih valovne cevi, klistroni in magnetroni. Mimogrede, prav magnetroni segrevajo ali kuhajo našo hrano v mikrovalovnih pečicah.
V zadnjem času je postala zelo pomembna tehnologija nanašanja filmskih prevlek v vakuumu, ki ima vlogo tako zaščitnega kot dekorativnega in funkcionalnega premaza. Kot take se uporabljajo prevleke s kovinami in njihovimi zlitinami ter njihovimi spojinami s kisikom, dušikom in ogljikom. Takšne prevleke spremenijo električne, optične, mehanske, magnetne, korozijske in katalitične lastnosti površin, ki jih premazujemo, ali združimo več lastnosti hkrati.
Kompleksno kemijsko sestavo prevlek je mogoče dobiti le s tehniko ionskega naprševanja v vakuumu, katere različice so katodno naprševanje ali njegova industrijska modifikacija - magnetronsko naprševanje. Konec koncev električni tok namreč Zaradi ionov odlaga komponente na naneseno površino in ji daje nove lastnosti.
Na ta način je mogoče pridobiti tako imenovane ionsko reaktivne prevleke (filme nitridov, karbidov, kovinskih oksidov), ki imajo kompleks izrednih mehanskih, termofizikalnih in optičnih lastnosti (z visoko trdoto, odpornostjo proti obrabi, električnimi in toplotna prevodnost, optična gostota), ki je ni mogoče pridobiti z drugimi metodami.
Električni tok v biologiji in medicini
Poznavanje obnašanja tokov v bioloških objektih daje biologom in zdravnikom močno metodo raziskovanja, diagnosticiranja in zdravljenja.
Z vidika elektrokemije vsi biološki objekti vsebujejo elektrolite, ne glede na strukturne značilnosti danega predmeta.
Pri pretoku toka skozi biološke objekte je treba upoštevati njihovo celično strukturo. Bistveni element celice je celična membrana - zunanja lupina, ki ščiti celico pred vplivi škodljivih okoljskih dejavnikov zaradi svoje selektivne prepustnosti za različne snovi. S fizikalnega vidika si lahko celično membrano predstavljamo kot vzporedno povezavo kondenzatorja in več zaporedno povezanih verig tokovnega vira in upora. To vnaprej določa odvisnost električne prevodnosti biološkega materiala od frekvence uporabljene napetosti in oblike njegovih nihanj.
Biološko tkivo sestavljajo celice samega organa, medcelična tekočina (limfa), krvne žile in živčne celice. Slednji se kot odgovor na vpliv električnega toka odzovejo z vzbujanjem, zaradi česar se mišice in krvne žile živali skrčijo in sprostijo. Upoštevati je treba, da je tok v biološkem tkivu nelinearen.
Klasičen primer vpliva električnega toka na biološki objekt so poskusi italijanskega zdravnika, anatoma, fiziologa in fizika Luigija Galvanija, ki je postal eden od utemeljiteljev elektrofiziologije. V njegovih poskusih je spuščanje električnega toka skozi živce žabjega kraka povzročilo krčenje mišic in trzanje kraka. Leta 1791 je bilo Galvanijevo slavno odkritje opisano v njegovi Razpravi o silah elektrike v mišičnem gibanju. Same pojave, ki jih je odkril Galvani, so v učbenikih in znanstvenih člankih dolgo imenovali »galvanizem«. Ta izraz je še vedno ohranjen v imenih nekaterih naprav in procesov.
Nadaljnji razvoj elektrofiziologije je tesno povezan z nevrofiziologijo. Leta 1875 sta neodvisno drug od drugega angleški kirurg in fiziolog Richard Caton in ruski fiziolog V. Ya Danilevsky pokazala, da so možgani generator električne aktivnosti, to je, da so odkrili možganske biotokove.
Biološki objekti med svojimi življenjskimi aktivnostmi ustvarjajo ne le mikrotokove, temveč tudi velike napetosti in tokove. Angleški anatom John Walsh je veliko prej kot Galvani dokazal električno naravo udarca stingraya, škotski kirurg in anatom John Hunter pa je natančno opisal električni organ te živali. Raziskava Walsha in Hunterja je bila objavljena leta 1773.
V sodobni biologiji in medicini se uporabljajo različne metode preučevanja živih organizmov, tako invazivne kot neinvazivne.
Klasičen primer invazivnih metod je laboratorijska podgana, ki ji je v možgane vstavljen kup elektrod, teče skozi labirint ali rešuje druge probleme, ki ji jih zadajo znanstveniki.
Neinvazivne metode vključujejo tako znane študije, kot je encefalogram ali elektrokardiogram. V tem primeru elektrode, ki berejo biotokove srca ali možganov, odstranjujejo tokove neposredno s kože subjekta. Za boljši stik z elektrodami kožo navlažimo s fiziološko raztopino, ki je dobro prevoden elektrolit.
Poleg uporabe električnega toka v znanstvenih raziskavah in tehničnem nadzoru stanja različnih kemijskih procesov in reakcij je eden najbolj dramatičnih trenutkov njegove uporabe, kar jih pozna širša javnost, ponovni zagon »ustavljenega« srca junaka. v sodobnem filmu.
Dejansko lahko pretok kratkotrajnega impulza velikega toka le v posameznih primerih sproži zaustavljeno srce. Najpogosteje se njegov normalni ritem obnovi iz stanja kaotičnih konvulzivnih kontrakcij, imenovanih srčna fibrilacija. Naprave, ki se uporabljajo za vzpostavitev normalnega ritma krčenja srca, se imenujejo defibrilatorji. Sodobni avtomatski defibrilator sam posname kardiogram, določi fibrilacijo srčnih prekatov in se neodvisno odloči, ali bo šokiral ali ne - morda bo dovolj, da skozi srce preide majhen sprožilni impulz. Prisoten je trend nameščanja avtomatskih defibrilatorjev na javnih mestih, kar lahko bistveno zmanjša število smrti zaradi nepričakovanega zastoja srca.
Urgentni zdravniki ne dvomijo o uporabi defibrilacije – usposobljeni za hitro ugotavljanje telesnega stanja pacienta iz elektrokardiograma se odločijo veliko hitreje kot avtomatski defibrilator, namenjen širši javnosti.
Umestno bi bilo omeniti umetne srčne spodbujevalnike, drugače imenovane srčni spodbujevalniki. Te naprave se človeku vsadijo pod kožo ali pod prsno mišico in taka naprava preko elektrod dovaja tokovne impulze približno 3 V v miokard (srčno mišico), kar spodbuja normalno delovanje srca. Sodobni srčni spodbujevalniki lahko zagotovijo neprekinjeno delovanje 6–14 let.
Značilnosti električnega toka, njegovo ustvarjanje in uporaba
Električni tok je označen z velikostjo in obliko. Glede na obnašanje v času ločimo enosmerni tok (ne spreminja se v času), aperiodični tok (naključno spreminja v času) in izmenični tok (spreminja se v času po določenem, običajno periodičnem zakonu). Včasih je za reševanje različnih problemov potrebna hkratna prisotnost enosmernega in izmeničnega toka. V tem primeru govorimo o izmeničnem toku z enosmerno komponento.
V zgodovini se je prvi pojavil triboelektrični generator toka, ki je tok ustvarjal z drgnjenjem volne ob kos jantarja. Naprednejši tokovni generatorji te vrste se danes imenujejo Van de Graaffovi generatorji, poimenovani po izumitelju prve tehnične rešitve tovrstnih strojev.
Kot že omenjeno, je italijanski fizik Alessandro Volta izumil elektrokemični generator enosmernega toka, ki je postal predhodnik suhih baterij, baterij za ponovno polnjenje in gorivnih celic, ki jih še danes uporabljamo kot priročne vire toka za različne naprave – od ročnih ur do pametnih telefonov. samo avtomobilske baterije in pogonske baterije Tesla električna vozila.
Poleg teh generatorjev enosmernega toka obstajajo še generatorji toka na osnovi direktnega jedrskega razpada izotopov in magnetnohidrodinamični generatorji toka (MHD generatorji), ki so zaradi majhne moči, šibke tehnološke podlage za široko uporabo in zaradi drugih omejeno uporabni. razlogov. Kljub temu se radioizotopski viri energije pogosto uporabljajo tam, kjer je potrebna popolna avtonomija: v vesolju, na globokomorskih plovilih in hidroakustičnih postajah, na svetilnikih, bojah, pa tudi na skrajnem severu, na Arktiki in Antarktiki.
V elektrotehniki generatorje toka delimo na generatorje enosmernega toka in generatorje izmeničnega toka.
Vsi ti generatorji temeljijo na pojavu elektromagnetne indukcije, ki ga je leta 1831 odkril Michael Faraday. Faraday je zgradil prvi unipolarni generator majhne moči, ki je proizvajal enosmerni tok. Prvi generator izmeničnega toka je predlagal anonimni avtor pod latinskimi začetnicami R.M. v pismu Faradayu leta 1832. Po objavi pisma je Faraday leta 1833 od istega anonimnega avtorja prejel zahvalno pismo s shemo izboljšanega generatorja, ki je z dodatnim jeklenim obročem (jarmom) zapiral magnetne tokove navitih jeder.
Vendar takrat izmeničnega toka ni bilo več, saj so vse praktične uporabe elektrike v tistem času (rudniška elektrotehnika, elektrokemija, novonastajajoča elektromagnetna telegrafija, prvi elektromotorji) zahtevale enosmerni tok. Zato so kasnejši izumitelji svoja prizadevanja usmerili v gradnjo generatorjev, ki zagotavljajo enosmerni električni tok, in za te namene razvili različne stikalne naprave.
Eden prvih generatorjev, ki je dobil praktično uporabo, je bil magnetoelektrični generator ruskega akademika B. S. Jacobija. Ta generator so prevzele galvanske ekipe ruske vojske, ki so ga uporabljale za vžig rudniških vžigalnikov. Izboljšane modifikacije Jacobijevega generatorja se še vedno uporabljajo za daljinsko aktiviranje minskih nabojev, kar je veliko prikazano v vojaško-zgodovinskih filmih, v katerih diverzanti ali partizani razstreljujejo mostove, vlake ali druge objekte.
Kasneje se je med izumitelji in praktičnimi inženirji z različnimi uspehi odvijal boj med ustvarjanjem enosmernega ali izmeničnega toka, kar je pripeljalo do vrhunca spopada med titani sodobne elektroenergetike: Thomasom Edisonom s podjetjem General Electric na enem na drugi strani pa Nikola Tesla s podjetjem Westinghouse. Zmagal je mogočni kapital in Teslov razvoj na področju generiranja, prenosa in transformacije izmeničnega električnega toka je postal nacionalna last ameriške družbe, kar je kasneje v veliki meri pripomoglo k tehnološki prevladi ZDA.
Poleg dejanske proizvodnje električne energije za različne potrebe, ki temelji na pretvarjanju mehanskega gibanja v električno, je zaradi reverzibilnosti električnih strojev postalo možno tudi obratno pretvarjanje električnega toka v mehansko gibanje, ki ga izvajajo elektromotorji na enosmerni in izmenični tok. . Morda so to najpogostejši stroji našega časa, vključno z zaganjalniki za avtomobile in motorna kolesa, pogoni za industrijske stroje in različne gospodinjske naprave. Z različnimi modifikacijami tovrstnih naprav smo postali mojstri vseh poklicev, znamo skobljati, žagati, vrtati in rezkati. In v naših računalnikih se zaradi miniaturnih natančnih enosmernih motorjev vrtijo trdi in optični pogoni.
Poleg običajnih elektromehanskih motorjev delujejo ionski motorji zaradi pretoka električnega toka, ki uporabljajo princip reaktivnega pogona med izstrelitvijo pospešenih ionov snovi, zaenkrat pa se uporabljajo predvsem v vesolju na majhnih satelitih za njihovo izstrelitev v želene orbite. In fotonski motorji 22. stoletja, ki za zdaj obstajajo samo v načrtu in bodo naše bodoče medzvezdne ladje prenašali s podsvetlobnimi hitrostmi, bodo najverjetneje prav tako delovali na električni tok.
Za ustvarjanje elektronskih elementov in pri gojenju kristalov za različne namene so iz tehnoloških razlogov potrebni ultra stabilni generatorji enosmernega toka. Takšni natančni generatorji enosmernega toka, ki uporabljajo elektronske komponente, se imenujejo tokovni stabilizatorji.
Merjenje električnega toka
Treba je opozoriti, da so instrumenti za merjenje toka (mikroampermetri, miliampermetri, ampermetri) med seboj zelo različni, predvsem po vrsti zasnove in načelih delovanja - to so lahko naprave za enosmerni tok, nizkofrekvenčni izmenični tok in visokofrekvenčni izmenični tok. frekvenčni izmenični tok.
Glede na princip delovanja ločimo elektromehanske, magnetoelektrične, elektromagnetne, magnetodinamične, elektrodinamične, indukcijske, termoelektrične in elektronske naprave. Večina instrumentov za merjenje toka s kazalcem je sestavljena iz kombinacije gibljivega/fiksnega okvirja z navito tuljavo in fiksnega/premikajočega se magneta. Zaradi te zasnove ima tipičen ampermeter enakovreden tokokrog induktivnosti in upora, ki je zaporedno povezan s kapacitivnostjo. Zaradi tega se frekvenčni odziv ampermetrov s številčnico spreminja pri visokih frekvencah.
Osnova zanje je miniaturni galvanometer, različne merilne meje pa se dosegajo z uporabo dodatnih shuntov - uporov z nizkim uporom, ki je za velikostne rede manjši od upora merilnega galvanometra. Tako je mogoče na podlagi ene naprave ustvariti instrumente za merjenje tokov različnih razponov - mikroampermetre, miliampermetre, ampermetre in celo kiloampermetre.
Na splošno je v merilni praksi pomembno obnašanje izmerjenega toka - lahko je funkcija časa in ima drugačno obliko - je konstanten, harmoničen, neharmonični, impulzen itd., njegova vrednost pa se običajno uporablja za karakterizacijo načinov delovanja radijskih vezij in naprav. Razlikujejo se naslednje trenutne vrednosti:
- instant,
- amplituda,
- povprečje,
- povprečni kvadrat (rms).
Trenutna vrednost toka I i je vrednost toka v določenem trenutku. Lahko ga opazujemo na zaslonu osciloskopa in določimo za vsak trenutek časa z uporabo oscilograma.
Amplitudna (najvišja) vrednost toka I m je največja trenutna trenutna vrednost v določenem obdobju.
Srednja kvadratna (rms) vrednost toka I se določi kot kvadratni koren kvadratnega povprečja trenutnih trenutnih vrednosti v obdobju.
Vsi kazalni ampermetri so običajno kalibrirani v efektivnih vrednostih toka.
Povprečna vrednost (konstantna komponenta) toka je aritmetična sredina vseh njegovih trenutnih vrednosti v času merjenja.
Razlika med najvišjo in najmanjšo vrednostjo toka signala se imenuje nihanje signala.
Zdaj se za merjenje toka uporabljajo predvsem večnamenski digitalni instrumenti in osciloskopi - njihovi zasloni ne prikazujejo samo oblika napetost/tok, ampak tudi bistvene značilnosti signala. Te značilnosti vključujejo tudi frekvenco spreminjanja periodičnih signalov, zato je v merilni tehniki pomembna frekvenčna meja merjenja naprave.
Merjenje toka z osciloskopom
Ilustracija zgoraj navedenega bo serija poskusov merjenja efektivnih in najvišjih trenutnih vrednosti sinusoidnih in trikotnih signalov z uporabo generatorja signalov, osciloskopa in večnamenske digitalne naprave (multimeter).
Splošna shema poskusa št. 1 je predstavljena spodaj:
Generator signala (FG) je naložen na serijsko povezavo multimetra (MM), upornost ranžiranja R s =100 Ohm in upor bremena R 1 kOhm. Osciloskop OS je povezan vzporedno z uporom šanta R s. Vrednost upora šanta je izbrana iz pogoja R s< Uporabimo sinusni signal na upor obremenitve iz generatorja s frekvenco 60 Hz in amplitudo 9 voltov. Pritisnimo zelo priročen gumb Auto Set in na zaslonu bomo opazili signal, prikazan na sl. 1. Nihanje signala je približno pet velikih razdelkov z vrednostjo delitve 200 mV. Multimeter kaže trenutno vrednost 3,1 mA. Osciloskop določi efektivno vrednost signalne napetosti na merilnem uporu U=312 mV. Efektivna vrednost toka skozi upor R s je določena z Ohmovim zakonom: I RMS = U RMS /R = 0,31 V / 100 Ohm = 3,1 mA, kar ustreza odčitku multimetra (3,10 mA). Upoštevajte, da je obseg toka skozi naše vezje dveh zaporedno povezanih uporov in multimetra enako I P-P = U P-P /R = 0,89 V / 100 Ohm = 8,9 mA Znano je, da se temenske in efektivne vrednosti toka in napetosti za sinusoidni signal razlikujejo za faktor √2. Če pomnožim I RMS = 3,1 mA z √2, dobimo 4,38. To vrednost podvojimo in dobimo 8,8 mA, kar je skoraj enako toku, izmerjenemu z osciloskopom (8,9 mA). Zmanjšajmo signal generatorja za polovico. Obseg slike na osciloskopu se bo zmanjšal natanko za polovico (464 mV), multimeter pa bo pokazal približno prepolovljeno vrednost toka 1,55 mA. Določimo odčitke efektivne trenutne vrednosti na osciloskopu: I RMS = U RMS /R = 0,152 V / 100 Ohm = 1,52 mA, kar približno ustreza odčitku multimetra (1,55 mA). Povečajmo frekvenco generatorja na 10 kHz. V tem primeru se bo slika na osciloskopu spremenila, vendar bo obseg signala ostal enak, odčitki multimetra pa se bodo zmanjšali - to vpliva na dovoljeno frekvenčno območje delovanja multimetra. Vrnimo se k prvotni frekvenci 60 Hertzov in napetosti 9 V signalnega generatorja, vendar spremenimo oblika njegov signal iz sinusnega v trikotni. Obseg slike na osciloskopu je ostal enak, vendar so se odčitki multimetra zmanjšali v primerjavi s trenutno vrednostjo, ki jo je pokazal v poskusu št. 1, saj se je efektivna vrednost toka signala spremenila. Osciloskop kaže tudi zmanjšanje efektivne vrednosti napetosti, izmerjene na uporu R s =100 Ohm. Doma izdelano stojalo na podstavku s teleprompterjem s polnimi funkcijami in monitorji za domači video studio Pri gospodinjskih aparatih (mikser, sušilnik za lase, blender) proizvajalci napišejo porabo energije v vatih, pri napravah, ki zahtevajo velike električne obremenitve (električni štedilnik, sesalnik, grelnik vode), pa v kilovatih. In na vtičnicah ali odklopnikih, prek katerih so naprave priključene na omrežje, je običajno navesti trenutno moč v amperih. Če želite razumeti, ali bo vtičnica podpirala napravo, ki jo povezujete, morate vedeti, kako pretvoriti ampere v vate. Pretvarjanje vatov v ampere in obratno je relativen pojem, ker gre za različne merske enote. Amperi so fizikalna količina električnega toka, to je hitrost, s katero teče elektrika po kablu. Watt je količina električne energije ali stopnja porabe električne energije. Toda tak prevod je potreben za izračun, ali vrednost toka ustreza vrednosti njegove moči. Da bi ugotovili, katera naprava lahko prenese moč priključenih porabnikov, je potrebno vedeti, kako izračunati korespondenco med amperi in vati. Take naprave vključujejo zaščitno opremo ali stikalno opremo. Preden izberete, kateri odklopnik ali napravo za diferenčni tok (RCD) boste vgradili, morate izračunati porabo energije vseh priključenih naprav (likalnik, svetilke, pralni stroj, računalnik itd.). Ali pa, nasprotno, če poznate stroške odklopnika ali zaščitne naprave za izklop, določite, katera oprema bo zdržala obremenitev in katera ne. Za pretvorbo amperov v kilovate in obratno obstaja formula: I=P/U, kjer so I amperi, P so vati, U so volti. Volti so omrežna napetost. V stanovanjskih prostorih se uporablja enofazno omrežje - 220 V. V proizvodnji se za priključitev industrijske opreme uporablja trifazno električno omrežje, katerega vrednost je 380 V. Na podlagi te formule, če poznate ampere, lahko izračuna korespondenco v vatih in obratno - pretvori vate v ampere. Stanje: Obstaja odklopnik. Tehnični parametri: nazivni tok 25 A, 1-polni. Izračunati morate, kakšno moč naprav lahko prenese stroj. Najlažji način je, da tehnične podatke vnesete v kalkulator in izračunate moč. Uporabite lahko tudi formulo I=P/U, izkazalo se bo: 25 A=x W/220 V. x Š=5500 W. Za pretvorbo vatov v kilovate morate poznati naslednje mere moči v vatih: To pomeni 5500 W = 5,5 kW. Odgovor: stroj z nazivnim tokom 25 A lahko prenese obremenitev vseh naprav s skupno močjo 5,5 kW, ne več. Uporabite formulo s podatki o napetosti in toku, da izberete vrsto kabla glede na moč in tok. Tabela prikazuje trenutno ujemanje s presekom žice: Vate morate pretvoriti v ampere v situaciji, ko morate namestiti zaščitno napravo in morate izbrati, kakšen nazivni tok naj ima. Iz navodil za uporabo je razvidno, koliko vatov porabi gospodinjski aparat, priključen na enofazno omrežje. Naloga je izračunati, koliko amperov v vatih ali v kakšno vtičnico priključiti, če mikrovalovna pečica porabi 1,5 kW. Za lažji izračun je bolje kilovate pretvoriti v vate: 1,5 kW = 1500 W. Vrednosti zamenjamo v formulo in dobimo: 1500 W / 220 V = 6,81 A. Vrednosti zaokrožimo navzgor in dobimo 1500 W glede na ampere - poraba toka v mikrovalovni pečici je najmanj 7 A. Če na eno zaščitno napravo hkrati povežete več naprav, morate za izračun, koliko amperov je v vatih, sešteti vse vrednosti porabe. Na primer, soba uporablja osvetlitev z 10 LED žarnicami. 6 W, likalnik 2 kW in TV 30 W. Najprej je treba vse kazalnike pretvoriti v vate, se izkaže: 60+2000+30=2090 W. Zdaj lahko pretvorite ampere v vate, za to zamenjamo vrednosti v formuli 2090/220 V = 9,5 A ~ 10 A. Odgovor: trenutna poraba je približno 10 A. Vedeti morate, kako pretvoriti ampere v vate brez kalkulatorja. Tabela prikazuje ujemanje med stopnjo porabe električne energije in trenutno močjo za enofazna in trifazna omrežja. Vsi stroji, ki so komercialno dostopni, imajo oznako največjega dovoljenega toka (ne pa tudi podprte moči v vatih), večina potrošnikov pa ima na etiketi oznako o porabi električne energije. Če želite izbrati pravi kabel in odklopnik, morate vedeti, kako pretvoriti ampere v kilovate in obratno. O tem bomo bralcem spletnega mesta še povedali. Napetost (merjena v voltih) je potencialna razlika med dvema točkama ali opravljeno delo za premikanje enote naboja. Potencial pa označuje energijo v dani točki. Velikost toka (amperi) opisuje, koliko nabojev teče skozi površino na časovno enoto. Moč (vati in kilovati) opisuje hitrost, s katero je bil ta naboj prenesen. Iz tega sledi, da večja kot je moč, hitreje in več nosilcev naboja se giblje skozi telo. V enem kilovatu je tisoč vatov, to si morate zapomniti za hiter izračun in prevod. V teoriji se sliši precej zapleteno, poglejmo v praksi. Osnovna formula za izračun moči električnih naprav je naslednja: P=I*U*cosФ Pomembno! Za čisto aktivne obremenitve se uporablja formula P=U*I, za katerega je cosФ enak ena. Aktivne obremenitve so grelne naprave (električno ogrevanje, električna peč z grelnimi elementi, grelnik vode, električni kotliček), žarnice z žarilno nitko. Vse druge električne naprave imajo določeno vrednost jalove moči, to so običajno majhne vrednosti, zato jih zanemarimo, zato je izračun na koncu približen. Na področju avtoelektrike in dekorativne razsvetljave se uporabljajo 12 V tokokrogi. Poglejmo v praksi, kako pretvoriti ampere v vate na primeru LED traku. Za priključitev pogosto potrebujete napajalnik, vendar ga ne morete priklopiti "kar tako", lahko pregori ali obratno, lahko kupite premočan in drag napajalnik, kjer ga ne potrebujete in zapravljate tvoj denar. Značilnosti napajalnika na oznaki označujejo vrednosti, kot so napetost, moč in tok. Poleg tega je treba navesti število voltov, moč ali tok pa je mogoče opisati skupaj ali pa se lahko zgodi, da je navedena samo ena od značilnosti. Značilnosti LED traku označujejo enake lastnosti, vendar se upoštevata moč in tok na meter. Predstavljajmo si, da ste kupili 5 metrov traku 5050 s 60 LED na 1 meter. Na embalaži piše »14,4 W/m«, v trgovini pa je na oznakah PSU naveden samo tok. Izberemo pravi vir energije, za to pomnožimo število števcev s specifično močjo in dobimo skupno moč. 14,4*5=72 W – potrebno za napajanje traku. Torej morate pretvoriti v ampere s to formulo: Skupaj: 72/12=6 Amperov Skupaj potrebujete napajalnik vsaj 6 amperov. Več o tem lahko izveste v našem ločenem članku. Druga situacija. Na avto ste vgradili dodatne žaromete, vendar so na žarnicah navedene lastnosti recimo 55 W. Vse porabnike v avtu je bolje povezati preko varovalke, katera pa je potrebna za te žaromete? Vate morate pretvoriti v ampere z uporabo zgornje formule - moč delite z napetostjo. 55/12=4,58 amperov, najbližja vrednost je 5 A. Večina gospodinjskih aparatov je zasnovana za priključitev na enofazno omrežje 220 V. Naj vas spomnimo, da je napetost, odvisno od države, v kateri živite, lahko 110 voltov ali katera koli druga. V Rusiji je kot standard sprejeta vrednost natančno 220 V za enofazno in 380 V za trifazno omrežje. Večina bralcev mora najpogosteje delati v natanko takih razmerah. Najpogosteje se obremenitev v takih omrežjih meri v kilovatih, odklopniki pa so označeni v amperih. Oglejmo si nekaj praktičnih primerov. Recimo, da živite v stanovanju s starim električnim števcem in imate nameščen 16-amperski avtomatski vtič. Če želite ugotoviti, koliko moči bo vtič "potegnil", morate pretvoriti ampere v kilovate. Tu je učinkovita ista formula, ki povezuje tok in napetost z močjo. P=I*U*cosФ Za udobje izračunov vzamemo cosF kot enoto. Poznamo napetost - 220 V, tudi tok, prevedimo: 220 * 16 * 1 = 3520 vatov ali 3,5 kilovatov - točno koliko lahko priključite naenkrat. S tabelo lahko hitro pretvorite ampere v kilovate pri izbiri odklopnika: Situacija je nekoliko bolj zapletena z električnimi motorji, saj imajo tak indikator moči. Če želite določiti, koliko kilovatov na uro bo takšen motor porabil, morate upoštevati faktor moči v formuli: P=U*I*cosФ Upoštevati je treba, da mora biti cosF naveden na oznaki, običajno od 0,7 do 0,9. V tem primeru, če je skupna moč motorja 5,5 kilovatov ali 5500 vatov, potem je porabljena aktivna moč (in plačujemo, za razliko od podjetij, samo za aktivno): 5,5 * 0,87 = 4,7 kilovatov ali natančneje 4785 W Omeniti velja, da morate pri izbiri stroja in kabla za elektromotor upoštevati skupno moč, zato morate vzeti obremenitveni tok, ki je naveden v potnem listu za motor. Prav tako je pomembno upoštevati zagonske tokove, saj znatno presegajo delovni tok motorja. Še en primer, koliko amperov porabi kotliček 2 kW? Naredimo izračun, najprej morate narediti: 2*1000 = 2000 vatov. Nato pretvorimo vate v ampere, in sicer: 2000/220 = 9 amperov. To pomeni, da 16 amperski vtič zdrži kotliček, če pa prižgete drug močan porabnik (na primer grelec) in je skupna moč večja od 16 amperov, se čez nekaj časa pokvari. Enako velja za avtomatske odklopnike in varovalke. Za izbiro kabla, ki bo vzdržal določeno število amperov, se tabela uporablja pogosteje kot formule. Tukaj je primer enega od njih, poleg toka v njem je moč obremenitve navedena v kilovatih, kar je zelo priročno: V trifaznem omrežju obstajata dve glavni shemi povezovanja tovora, na primer navitja elektromotorja - zvezda in trikotnik. Formula za določanje in pretvorbo moči v tok je nekoliko drugačna kot v prejšnjih različicah: P = √3*U*I*cosФ Ker je najpogostejši porabnik trifaznega električnega omrežja elektromotor, poglejmo njegov primer. Recimo, da imamo elektromotor z močjo 5 kilovatov, sestavljen po zvezdnem vezju z napajalno napetostjo 380 V. Morate ga napajati prek odklopnika, vendar ga želite izbrati, morate poznati tok motorja, kar pomeni, da morate pretvoriti iz kilovatov v ampere. Formula za izračun bo videti tako: I=P/(√3*U*cosФ) V našem primeru bo to 5000/(1,73*380*0,9)=8,4 A. Tako smo v trifaznem omrežju zlahka pretvorili kilovate v ampere.Izkušnja 1
Izkušnja 2
Izkušnja 3
Izkušnja 4
Varnostni ukrepi pri merjenju toka in napetosti
Napajalne enote
Pretvarjanje amperov v vate in kilovate
Bakreni vodniki žic in kablov
Prerez jedra, mm² Bakreni vodniki za žice, kabli
Napetost 220 V Napetost 380 V
Tok, A moč, kWt Tok, A moč, kWt
1,5
19
4,1
16
10,5
2,5
27
5,9
25
16,5
4
38
8,3
30
19,8
6
46
10,1
40
26,4
10
70
15,4
50
33
16
85
18,7
75
49,5
25
115
25,3
90
59,4
35
135
29,7
115
75,9
50
175
38,5
145
95,7
70
215
47,3
180
118,8
95
260
57,2
220
145,2
120
300
66
260
171,6
Kako pretvoriti vat v amper
Amper (A) moč, kWt)
220 V 380 V
2
0,4
1,3
6
1,3
3,9
10
2,2
6,6
16
3,5
10,5
20
4,4
13,2
25
5,5
16,4
32
7,0
21,1
40
8,8
26,3
50
11,0
32,9
63
13,9
41,4
Kratke informacije o napetosti, toku in moči
Kako narediti nakazilo
D.C
Enofazno omrežje
Trifazno omrežje
