Napětí, proud, online kalkulačka, převodník

Každý z nás si jistě alespoň jednou v životě položil otázku, co je to proud, napětí, náboj atd. To vše jsou součásti jednoho velkého fyzikálního pojmu – elektřiny. Zkusme na jednoduchých příkladech studovat základní zákonitosti elektrických jevů.

co je elektřina?

Elektřina je soubor fyzikálních jevů spojených se vznikem, akumulací, interakcí a přenosem elektrického náboje. Podle většiny historiků vědy objevil první elektrické jevy starověký řecký filozof Thales v sedmém století před naším letopočtem. Thales pozoroval účinek statické elektřiny: přitahování lehkých předmětů a částic k jantaru třenému vlnou. Chcete-li tento experiment zopakovat sami, musíte jakýkoli plastový předmět (například pero nebo pravítko) natřít na vlněnou nebo bavlněnou látku a přivést jej na jemně nařezané kousky papíru.

První seriózní vědeckou prací, která popisovala studium elektrických jevů, bylo pojednání anglického vědce Williama Gilberta „O magnetu, magnetických tělesech a velkém magnetu – Zemi“, publikované v roce 1600. V této práci autor popsal výsledky svých experimentů s magnety a elektrifikovanými tělesy. Také je zde poprvé zmíněn pojem elektřina.

Výzkum W. Gilberta dal vážný impuls k rozvoji nauky o elektřině a magnetismu: v období od počátku 17. do konce 19. století bylo provedeno velké množství experimentů a základní zákony popisující elektromagnetické byly formulovány jevy. A v roce 1897 anglický fyzik Joseph Thomson objevil elektron, elementární nabitou částici, která určuje elektrické a magnetické vlastnosti hmoty. Elektron (ve starověké řečtině je elektron jantarový) má záporný náboj přibližně rovný 1,602 * 10-19 C (Coulomb) a hmotnost rovnou 9,109 * 10-31 kg. Díky elektronům a dalším nabitým částicím probíhají v látkách elektrické a magnetické procesy.

co je napětí?

K pohybu nabitých částic v tělesech a látkách dochází vlivem rozdílů potenciálů nebo elektrického napětí. Napětí (napětí) je fyzikální veličina rovna poměru práce elektrického pole vynaloženého na přenos elektrického náboje z jednoho bodu do druhého (mezi póly) k tomuto náboji. Napětí se měří ve voltech (V) a označuje se písmenem V. Aby se mezi póly přesunul náboj o velikosti 1 C při práci 1 J (Joule), je nutné napětí rovný 1 V.

Abychom lépe porozuměli vztahům mezi potenciálními rozdíly, elektrický náboj a proud Použijme následující názorný příklad. Představme si nádobu s trubkou na dně, naplněnou do určité úrovně vodou. Domluvme se, že množství vody odpovídá množství náplně, výška vody v nádobě (tlak sloupce kapaliny) je напряжение, a intenzita proudu vody z potrubí je elektrický proud.

Čím více vody v nádrži, tím větší je výška vodního sloupce a vyšší tlak. Podobně v elektrických jevech: čím větší je množství náboje, tím vyšší je napětí potřebné k jeho přenosu. Začněme vypouštět vodu: tlak v nádrži se sníží. To znamená, že s poklesem výše poplatku se snižuje napětí. To je také dobře viditelné při použití svítilny s bateriemi, které se začaly vybíjet: jak se baterie vybíjejí, jas žárovky je stále menší.

Elektrický proud.

Elektrický proud je řízený pohyb nabitých částic. Nosiče náboje mohou být elektrony, ionty, protony a díry. Pro vznik a existenci elektrický proud nutná je přítomnost volných nabitých částic a přítomnost elektrického pole. V závislosti na přítomnosti nebo nepřítomnosti nabitých částic v látkách to mohou být vodiče, polovodiče a dielektrika. Podmíněně podle směru aktuální pohyb Uvažuje se směr od kladně nabitého pólu k zápornému. V praxi závisí směr pohybu infikovaných částic na znaménku jejich náboje: záporně nabité elektrony se pohybují z mínusu do plusu, kladně nabité ionty se pohybují z plusu do mínusu.

Kvantitativní charakteristiky elektrického proudu je současná síla. Síla proudu je označena písmenem I a je měřena v ampérech (A). Proud 1 A nastane, když náboj 1 K projde průřezem vodiče za 1 sekundu.

Vraťme se k příkladu vody v nádobě. Vezměme dvě nádrže se stejnou hladinou vody, ale různými průměry výstupních trubek.

Porovnejme charakter vody vytékající z obou nádrží: hladina vody v levé nádrži klesá rychleji než v pravé. To znamená, že intenzita proudění vody závisí na průměru potrubí. Pokusme se vyrovnat dva toky: doplňte vodu do pravé nádrže, čímž zvýšíte výšku sloupce kapaliny. Tím se zvýší tlak v pravé nádrži a podle toho se zvýší intenzita proudění vody. Podobně v elektrických obvodech: s rostoucí napětí, zvyšuje se i jeho síla. Analogem průměru trubky v obvodu je elektrický odpor vodiče.

Příklady uvedené s vodou jasně demonstrují souvislost mezi elektrickým proudem, napětí a odpor.

Existují stejnosměrné a střídavé elektrické proudy. Pokud se nabité částice neustále pohybují jedním směrem, pak je v obvodu konstantní proud a podle toho konstantní napětí. Pokud se směr pohybu částic periodicky mění (pohybují se jedním nebo druhým směrem), jedná se o střídavý proud a vzniká tedy za přítomnosti střídavého napětí (tj. když potenciálový rozdíl změní svou polaritu). Střídavý proud je charakterizován periodickou změnou intenzity proudu: nabývá maximální a poté minimální hodnoty. Tyto aktuální hodnoty jsou amplituda nebo vrchol. Frekvence změn polarity napětí se může lišit. Například u nás je tato frekvence 50 Hz (to znamená, že napětí mění svou polaritu 50krát za sekundu), v USA je frekvence střídavého proudu 60 Hz (Hertz).

Měření stejnosměrného proudu a napětí se nejčastěji provádí panelovými přístroji magnetoelektrických systémů, při měření vysokých napětí – elektrostatických a iontových systémů. Někdy se používají elektromagnetické, elektrodynamické a ferodynamické systémy, které jsou výrazně horší než zařízení magnetoelektrického systému, pokud jde o přesnost, citlivost, spotřebu energie, mají nerovnoměrné měřítko a jsou citlivé na účinky vnějších magnetických polí. K provádění přesných měření se stále častěji používají digitální voltmetry, ampérmetry a kombinované přístroje s vysokou rychlostí a nízkou chybou měření (0,01-0,1 %).

Nejjednodušším způsobem měření stejnosměrného proudu a napětí je přímé připojení zařízení k obvodu, což je možné, pokud jsou splněny následující podmínky:

1) maximální limit měření ampérmetru (voltmetru) není menší než maximální proud (napětí) v obvodu;

2) jmenovité napětí ampérmetru není menší než jmenovité napětí sítě;

3) odpor ampérmetru Ra je mnohem menší a odpor voltmetru je mnohem větší než odpor měřeného obvodu Rн, významný odpor ampérmetru snižuje proud v obvodu, když je zapnutý.

4) dodržení polarity zařízení.

Pro rozšíření měřicího rozsahu přístrojů se používají převodníky v podobě měřicích bočníků, přídavných odporů, děličů napětí, měřicích transformátorů a měřicích zesilovačů. Bočník je odpor zapojený paralelně k měřicímu zařízení v obvodu měřeného proudu.

Uvnitř zařízení jsou obvykle instalovány bočníky pro proudy do 50-100 A. Pro velké proudy se používají externí bočníky, které mají proudové kleště pro zařazení do obvodu měřeného proudu a potenciálové kleště pro připojení měřícího zařízení. Pro sjednocení měřicích přístrojů jsou bočníky vyráběny podle GOST 8042-78 Třída přesnosti bočníků je 0,05-0,5.

Připojením milivoltmetru s mezí měření odpovídající jmenovitému úbytku napětí na bočníku k bočníku získáme shodu plného rozsahu přístroje se jmenovitým proudem bočníku. Měřený proud

kde Iн, Uн jsou jmenovitý bočníkový proud a úbytek napětí na bočníku; U – údaj milivoltmetru.

Pro rozšíření měřicího rozsahu voltmetrů je do série s měřicím zařízením zapojen přídavný odpor Rd.

kde P = Rд /Rв+1 je koeficient roztažnosti měřicího limitu zařízení; Uв — odečet voltmetru;

Rв je vstupní odpor voltmetru.

Přídavné odpory mohou být buď vnitřní (umístěné v těle přístroje) nebo externí pro měření napětí nad 500 V.

Jmenovité proudy přídavných odporů jsou normalizovány podle GOST 8623-78 při jmenovitém poklesu napětí na nich. Základní chyba přídavných odporů je ± (0,1-0,5)%. Pro rozšíření mezí měření přístrojů s velkým vstupním odporem se používají děliče napětí s pevným dělicím faktorem, obvykle násobkem 10, V instalacích vysokonapěťového stejnosměrného přenosu výkonu a ve silnoproudých obvodech lze kromě uvedených převodníků použít stejnosměrné měřicí transformátory.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí: