Как рассчитывается сила тока

Начнём с терминологии.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одной области электрической цепи в другую.
Силой электрического тока (I) является величина, которая численно равна количеству заряда Δq, протекающего через заданное поперечное сечение проводника S за единицу времени Δt: I = Δq/Δt .
Напряжение электрического тока между точками A и B электрической цепи — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.
Омическое (активное) сопротивление – это сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.
Теперь можно переходить к закону Ома.

Закон Ома был установлен экспериментальным путём в 1826 году немецким физиком Георгом Омом и назван в его честь. По большому счёту, Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, определяющих зависимость между электрическими величинами, такими как: напряжение, сопротивление и сила тока исключительно для проводников, обладающих постоянным сопротивлением. При расчёте напряжений и токов в нелинейных цепях, к примеру, таких, которые содержат полупроводниковые или электровакуумные приборы, этот закон в простейшем виде уже использоваться не может.

Тем не менее, закон Ома был и остаётся основным законом электротехники, устанавливающим прямую связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением, и является самым востребованным как для начинающего радиолюбителя, так идля профессионального разработчика.

Формулировка закона Ома для участка цепи может звучать так: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника и записана в следующем виде: I=U/R,

Закон Ома для участка цепи

где: I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – напряжение (разность потенциалов) в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника в омах [Ом].

Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид:
R=U/I и U=R×I.

Зная любые 2 из 3-ёх приведённых параметров, можно произвести также расчёт величины мощности, рассеиваемой на сопротивлении нагрузки.

Мощность является функцией протекающего черех нагрузку тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам, также являющимся производными от основной формулы закона Ома:
P(Вт) = U(В)×I(А) = I 2 (А)×R(Ом) = U 2 (В)/R(Ом)

Формулы, описывающие закон Ома, настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.
Не заслуживают, так не заслуживают. Деревянные счёты Вам в помощь, уважаемые дамы и рыцари! Считайте, однако учитывайте размерность, не стирайте из памяти:

Единицы измерения напряжения: 1 В = 1000 мВ = 1000000 мкВ;
Единицы измерения силы тока: 1 А = 1000 мА = 1000000 мкА;
Единицы измерения сопротивления: 1 Ом = 0.001 кОм = 0.000001 МОм;
Единицы измерения мощности: 1 Вт = 1000 мВт = 100000 мкВт.

Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатый калькулятор, позволяющий в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.

Калькулятор для проверки результатов расчёта закона Ома

Вводить в калькулятор нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитаются сами.

Все наши расчёты проводились при условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр .
Если это условие не соблюдается, то под величиной R следует принять сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр .
После этого закон приобретает более солидное название – закон Ома для полной цепи, а формула становится: I=U/(R+r) .

Для многозвенной цепи необходимо преобразовать её к эквивалентному виду:

Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов определяются исходя из формулы: 1/Rll = 1/R4+1/R5 .
Онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких резисторов можно найти на странице ссылка на страницу.

Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.
Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше, остаётся в силе.
Единственное, что надо иметь в виду для правильной интерпретации закона Ома для переменного тока – под значением U следует понимать действующее (эффективное) значение амплитуды переменного сигнала.

А что такое действующее (эффективное) значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?
Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.

Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2), сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы.
Глядя на рисунок можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов – это максимальное значение, которого достигает амплитуда в пределах положительной, или отрицательной (в наших случаях они равны) полуволны.

Рассчитать действующее значение напряжение интересующей нас формы можно по следующим соотношениям:
1. Для синуса – U = Uд = Uа/√2;
2. для треугольника и пилы – U = Uд = Uа/√3;
3. для меандра – U = Uд = Uа.

С этим разобрались!
А теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока.
В общем случае выглядеть это будет так:

Закон Ома для переменного тока

Закон Ома для переменного тока

А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z, состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений.
Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока не одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих трёх элементов обойтись не удаётся, и формула приобретает вид: .

Реактивные сопротивления конденсаторов и индуктивностей мы с Вами уже рассчитывали на странице – (ссылка на страницу) и знаем, что величины эти зависят от частоты, протекающего через них тока и описываются формулами:
XC = 1/(2πƒС) , XL = 2πƒL .

Нарисуем ещё один калькулятор для расчёта полного сопротивления цепи для переменного тока.
Количество вводимых элементов должно быть не менее одного, при наличии индуктивного или емкостного элемента – необходимо указать значение частоты f .

Онлайн расчёт полного сопротивления цепи

А теперь рассмотрим практический пример применения закона Ома для цепей переменного тока и рассчитаем простой бестрансформаторный источник питания.

Токозадающими цепями в данной схеме являются элементы R1 и С1.
Допустим, нас интересует выходное напряжение Uвых = 12 вольт при токе нагрузки 100 мА.
Выбираем стабилитрон Д815Д с напряжением стабилизации 12В и максимально допустимым током стабилизации 1,4А.
Зададимся током через стабилитрон с некоторым запасом – 200мА.
С учётом падения напряжения на стабилитроне, напряжение на токозадающей цепи равно 220в – 12в = 208в.
Теперь рассчитаем сопротивление этой цепи Z для получения тока, равного 200мА:
Z = 208в/200мА = 1,04кОм.
Резистор R1 является токоограничивающим и выбирается в пределах 10. 100 Ом в зависимости от максимального тока нагрузки.
Зададимся номиналами R1 = 30 Ом, С1 = 1 Мкф, частотой сети f = 50 Гц и подставим всё это хозяйство в калькулятор.
Получили полное сопротивление цепи, равное 3.183кОм. Многовато будет – надо увеличивать ёмкость С1.
Поигрались туда-сюда, нашли нужное значение ёмкости – 3,18 Мкф, при котором Z = 1,04кОм.
Всё – закон Ома выполнил свою функцию, расчёт закончен.

Электрический ток. Закон Ома для участка цепи и полной цепи постоянного и переменного токов

Онлайн расчёт электрических величин напряжения, тока и мощности с резистивными, ёмкостными и индуктивными элементами. Закон Ома простыми словами, теория и практика для начинающих

Начнём с терминологии.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одной области электрической цепи в другую.
Силой электрического тока (I) является величина, которая численно равна количеству заряда Δq, протекающего через заданное поперечное сечение проводника S за единицу времени Δt: I = Δq/Δt .
Напряжение электрического тока между точками A и B электрической цепи — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.
Омическое (активное) сопротивление – это сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.
Теперь можно переходить к закону Ома.

Закон Ома был установлен экспериментальным путём в 1826 году немецким физиком Георгом Омом и назван в его честь. По большому счёту, Закон Ома не является фундаментальным законом природы и может быть применим в ограниченных случаях, определяющих зависимость между электрическими величинами, такими как: напряжение, сопротивление и сила тока исключительно для проводников, обладающих постоянным сопротивлением. При расчёте напряжений и токов в нелинейных цепях, к примеру, таких, которые содержат полупроводниковые или электровакуумные приборы, этот закон в простейшем виде уже использоваться не может.

Тем не менее, закон Ома был и остаётся основным законом электротехники, устанавливающим прямую связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением, и является самым востребованным как для начинающего радиолюбителя, так идля профессионального разработчика.

Формулировка закона Ома для участка цепи может звучать так: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (разности потенциалов) на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника и записана в следующем виде: I=U/R,

Закон Ома для участка цепи

где: I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах [А];
U – напряжение (разность потенциалов) в вольтах [В];
R – электрическое сопротивление проводника в омах [Ом].

Производные от этой формулы приобретают такой же незамысловатый вид:
R=U/I и U=R×I.

Зная любые 2 из 3-ёх приведённых параметров, можно произвести также расчёт величины мощности, рассеиваемой на сопротивлении нагрузки.

Мощность является функцией протекающего черех нагрузку тока I(А) и приложенного напряжения U(В) и вычисляется по следующим формулам, также являющимся производными от основной формулы закона Ома:
P(Вт) = U(В)×I(А) = I 2 (А)×R(Ом) = U 2 (В)/R(Ом)

Формулы, описывающие закон Ома, настолько просты, что не стоят выеденного яйца и, возможно, вообще не заслуживают отдельной крупной статьи на страницах уважающего себя сайта.
Не заслуживают, так не заслуживают. Деревянные счёты Вам в помощь, уважаемые дамы и рыцари! Считайте, однако учитывайте размерность, не стирайте из памяти:

Единицы измерения напряжения: 1 В = 1000 мВ = 1000000 мкВ;
Единицы измерения силы тока: 1 А = 1000 мА = 1000000 мкА;
Единицы измерения сопротивления: 1 Ом = 0.001 кОм = 0.000001 МОм;
Единицы измерения мощности: 1 Вт = 1000 мВт = 100000 мкВт.

Ну и так, на всякий случай, чисто для проверки полученных результатов, приведём незамысловатый калькулятор, позволяющий в онлайн режиме проверить расчёты, связанные со знанием формул закона Ома.

Калькулятор для проверки результатов расчёта закона Ома

Вводить в калькулятор нужно только два имеющихся у Вас параметра, остальные посчитаются сами.

Все наши расчёты проводились при условии, что значение внешнего сопротивления R значительно превышает внутреннее сопротивление источника напряжения rвнутр .
Если это условие не соблюдается, то под величиной R следует принять сумму внешнего и внутреннего сопротивлений: R = Rвнешн + rвнутр .
После этого закон приобретает более солидное название – закон Ома для полной цепи, а формула становится: I=U/(R+r) .

Для многозвенной цепи необходимо преобразовать её к эквивалентному виду:

Значения последовательно соединённых резисторов просто суммируются, в то время как значения параллельно соединённых резисторов определяются исходя из формулы: 1/Rll = 1/R4+1/R5 .
Онлайн калькулятор для расчёта величин сопротивлений при параллельном соединении нескольких резисторов можно найти на странице ссылка на страницу.

Теперь, что касается закона Ома для переменного тока.
Если внешнее сопротивление у нас чисто активное (не содержит ёмкостей и индуктивностей), то формула, приведённая выше, остаётся в силе.
Единственное, что надо иметь в виду для правильной интерпретации закона Ома для переменного тока – под значением U следует понимать действующее (эффективное) значение амплитуды переменного сигнала.

А что такое действующее (эффективное) значение и как оно связано с амплитудой сигнала переменного тока?
Приведём диаграммы для нескольких различных форм сигнала.

Слева направо нарисованы диаграммы синусоидального сигнала, меандра (прямоугольный сигнал со скважностью, равной 2), сигнала треугольной формы, сигнала пилообразной формы.
Глядя на рисунок можно осмыслить, что амплитудное значение приведённых сигналов – это максимальное значение, которого достигает амплитуда в пределах положительной, или отрицательной (в наших случаях они равны) полуволны.

Рассчитать действующее значение напряжение интересующей нас формы можно по следующим соотношениям:
1. Для синуса – U = Uд = Uа/√2;
2. для треугольника и пилы – U = Uд = Uа/√3;
3. для меандра – U = Uд = Uа.

С этим разобрались!
А теперь посмотрим, как будет выглядеть формула закона Ома при наличии индуктивности или ёмкости в цепи переменного тока.
В общем случае выглядеть это будет так:

Закон Ома для переменного тока

Закон Ома для переменного тока

А формула остаётся прежней, просто в качестве сопротивления R выступает полное сопротивление цепи Z, состоящее из активного, ёмкостного и индуктивного сопротивлений.
Поскольку фазы протекающего через эти элементы тока не одинаковы, то простым арифметическим сложением сопротивлений этих трёх элементов обойтись не удаётся, и формула приобретает вид: .

Реактивные сопротивления конденсаторов и индуктивностей мы с Вами уже рассчитывали на странице – (ссылка на страницу) и знаем, что величины эти зависят от частоты, протекающего через них тока и описываются формулами:
XC = 1/(2πƒС) , XL = 2πƒL .

Нарисуем ещё один калькулятор для расчёта полного сопротивления цепи для переменного тока.
Количество вводимых элементов должно быть не менее одного, при наличии индуктивного или емкостного элемента – необходимо указать значение частоты f .

Онлайн расчёт полного сопротивления цепи

А теперь рассмотрим практический пример применения закона Ома для цепей переменного тока и рассчитаем простой бестрансформаторный источник питания.

Токозадающими цепями в данной схеме являются элементы R1 и С1.
Допустим, нас интересует выходное напряжение Uвых = 12 вольт при токе нагрузки 100 мА.
Выбираем стабилитрон Д815Д с напряжением стабилизации 12В и максимально допустимым током стабилизации 1,4А.
Зададимся током через стабилитрон с некоторым запасом – 200мА.
С учётом падения напряжения на стабилитроне, напряжение на токозадающей цепи равно 220в – 12в = 208в.
Теперь рассчитаем сопротивление этой цепи Z для получения тока, равного 200мА:
Z = 208в/200мА = 1,04кОм.
Резистор R1 является токоограничивающим и выбирается в пределах 10. 100 Ом в зависимости от максимального тока нагрузки.
Зададимся номиналами R1 = 30 Ом, С1 = 1 Мкф, частотой сети f = 50 Гц и подставим всё это хозяйство в калькулятор.
Получили полное сопротивление цепи, равное 3.183кОм. Многовато будет – надо увеличивать ёмкость С1.
Поигрались туда-сюда, нашли нужное значение ёмкости – 3,18 Мкф, при котором Z = 1,04кОм.
Всё – закон Ома выполнил свою функцию, расчёт закончен.

Расчет силы тока по мощности, напряжению, сопротивлению

Бесплатный калькулятор расчета силы тока по мощности и напряжению/сопротивлению – рассчитайте силу тока в однофазной или трехфазной сети в ОДИН КЛИК!

Все калькуляторы
Также можно рассчитать

  • Конфигурация
  • Расчёт
  • Сохранить
  • Справка
  • Партнерские скидки
  • Виджет на сайт
  • Комментарии

Запуск приложения
Выберите способ сохранения

Скачать PDF
Скачать расчёт с выбранными параметрами в формате PDF — чертежи + данные.

Поделиться
Поделиться ссылкой на расчёт в Facebook, ВКонтакте, Google+ и т.д.

Сканировать QR-код
Получить ссылку на расчет с параметрами через сканирование QR-кода
Разместите калькулятор у себя на сайте БЕСПЛАТНО

Если вы хотите узнать как рассчитать силу тока в цепи по мощности, напряжению или сопротивлению, то предлагаем воспользоваться данным онлайн-калькулятором. Программа выполняет расчет для сетей постоянного и переменного тока (однофазные 220 В, трехфазные 380 В) по закону Ома. Рекомендуем без необходимости не изменять значение коэффициента мощности (cos φ) и оставлять равным 0.95. Знание величины силы тока позволяет подобрать оптимальный материал и диаметр кабеля, установить надежные предохранители и автоматические выключатели, которые способны защитить квартиру от возможных перегрузок. Нажмите на кнопку, чтобы получить результат.

Смежные нормативные документы:

  • СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа»
  • СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»
  • СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства»
  • ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности»
  • ГОСТ 10434-82 «Соединения контактные электрические. Классификация»
  • ГОСТ Р 50571.1-93 «Электроустановки зданий»

Формулы расчета силы тока

Электрический ток — это направленное упорядоченное движение заряженных частиц.
Сила тока (I) — это, количество тока, прошедшего за единицу времени сквозь поперечное сечение проводника. Международная единица измерения — Ампер (А / A).

— Сила тока через мощность и напряжение (постоянный ток): I = P / U
— Сила тока через мощность и напряжение (переменный ток однофазный): I = P / (U × cosφ)
— Сила тока через мощность и напряжение (переменный ток трехфазный): I = P / (U × cosφ × √3)
— Сила тока через мощность и сопротивление: I = √(P / R)
— Сила тока через напряжение и сопротивление: I = U / R

  • P – мощность, Вт;
  • U – напряжение, В;
  • R – сопротивление, Ом;
  • cos φ – коэффициент мощности.

Коэффициент мощности cos φ – относительная скалярная величина, которая характеризует насколько эффективно расходуется электрическая энергия. У бытовых приборов данный коэффициент практически всегда находится в диапазоне от 0.90 до 1.00.

Ток на практике

Протекающий через любой прибор ток несет энергию, которая формирует мощность устройства. Представление об этом параметре крайне важно для безопасности электрической цепи. Все автоматические выключатели, установленные в начале цепи, сначала реагируют на скачок силы тока — это электромагнитный приоритет срабатывания. Второй признак для прерывания контакта автомата — нагрев контакторов, связанный с протеканием тока.

Автоматические выключатели

Вторая не менее важна особенность — необходимость учитывать силу дифференциального тока, так называемую токоутечку на приборе. Если часть шины (провода) соединилась с корпусом прибора, то вы рискуете получить электротравму при прикосновении. Для предотвращения таких явлений используются автоматы дифференциальной защиты — они определяют утечку и автоматически отключают цепь. Следует помнить, что именно сила электротока является наиболее опасным фактором — убивает именно она. Чем мощнее подключенный к сети прибор, тем сильнее может быть поражение человека или нагрев проводов, что приведет либо к срабатыванию автомата, либо к возгоранию проводки.

Устройство защитного отключения (УЗО)

Производители любых стандартных приборов закладывают максимум этого показателя в конструкцию, чтобы не создать перегрузку в сети. При коротком замыкании в цепи I в короткое время и многократно возрастает, что несет большую энергию. Именно в этот момент «сгорают» электроприборы. При скачке напряжения количество движущихся электронов в проводнике резко возрастает, что тоже несет огромную энергию. Поэтому электрические установки со сложными потребителями имеют несколько степеней защиты.

Как рассчитывается сила тока

Оборудование / Электроинструмент, электрика и онлайн калькуляторы / Онлайн калькулятор — закон Ома (ток, напряжение, сопротивление) + Мощность

Причиной написания данной статьи явилась не сложность этих формул, а то, что в ходе проектирования и разработки каких-либо схем часто приходится перебирать ряд значений чтобы выйти на требуемые параметры или сбалансировать схему. Данная статья и калькулятор в ней позволит упростить этот подбор и ускорить процесс реализации задуманного. Также в конце статьи приведу несколько методик для запоминания основной формулы закона Ома. Эта информация будет полезна начинающим. Формула хоть и простая, но иногда есть замешательство, где и какой параметр должен стоять, особенно это бывает поначалу.

В радиоэлектронике и электротехнике закон Ома и формула расчёта мощности используются чаше чем какие-либо из всех остальных формул. Они определяют жесткую взаимосвязь между четырьмя самыми ходовыми электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью.

Закон Ома. Эту взаимосвязь выявил и доказал Георг Симон Ом в 1826 году. Для участка цепи она звучит так: сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению

Так записывается основная формула:

Путем преобразования основной формулы можно найти и другие две величины:

Мощность. Её определение звучит так: мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Формула мгновенной электрической мощности:

Ниже приведён онлайн калькулятор для расчёта закона Ома и Мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины. Стрелками «вверх-вниз» можно с шагом в единицу менять введённое значение. Размерность величин тоже можно выбрать. Также для удобства подбора параметров, калькулятор позволяет фиксировать до десяти ранее выполненных расчётов с теми размерностями с которыми выполнялись сами расчёты.

Когда мы учились в радиотехническом техникуме, то приходилось запоминать очень много всякой всячины. И чтобы проще было запомнить, для закона Ома есть три шпаргалки. Вот какими методиками мы пользовались.

Первая — мнемоническое правило. Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.

ohms_law-05.jpg

Вторая — метод треугольника. Его ещё называют магический треугольник закона Ома.

Если оторвать величину, которую требуется найти, то в оставшейся части мы получим формулу для её нахождения.

ohms_law-07.png

Третья. Она больше является шпаргалкой, в которой объединены все основные формулы для четырёх электрических величин.

ohms_law-08.png

Пользоваться ею также просто, как и треугольником. Выбираем тот параметр, который хотим рассчитать, он находиться в малом кругу в центре и получаем по три формулы для его расчёта. Далее выбираем нужную.

ohms_law-09.png

Этот круг также, как и треугольник можно назвать магическим.

Определение силы тока и способы ее измерения

Значение количества электричества можно использовать для определения и расчета силы тока, благодаря существованию правила постоянства тока в замкнутых цепях (в каждой точке цепи). Суть правила в том, что количество проходящего за одну секунду тока будет одинаковым для любого сечения в любом месте цепи, независимо от толщины проводника (правило действует для цепей без разветвлений).

Измерить силу тока можно с помощью специального оборудования. Обычно применяют следующие приборы:

  • амперметр (наиболее востребованный вариант);
  • мультиметр;
  • миллиамперметр;
  • микроамперметр.

Последние два варианта служат для измерения малых сил тока, составляющих миллионные доли ампера, например, возникающих при прохождении тока через фотоэлементы.

Чтобы получить значение силы тока с помощью амперметра, прибор следует подключить в разрыв цепи (в любой ее точке) таким образом, чтобы ток проходил через амперметр. Стрелка устройства при этом будет показывать силу тока в цепи. Амперметр можно подключить как до, так и после устройства-потребителя, поскольку миф о том, что в потребителе остается «часть тока» и после него сила тока в цепи меньше, не соответствует действительности.

Сила тока — обозначение и базовые формулы

В формулах при расчете такого параметра, как сила тока, обозначение его величины с помощью буквы «I» является общепринятым. Основная формула выглядит как I=q/t, где q – количество электричества, а t – временной отрезок.

Также для расчета силы тока можно использовать такие параметры, как:

  • фактическое напряжение (U);
  • мощность (P).

В этом случае применяется формула I= P/U. Получение силы тока расчетным методом актуально в тех случаях, когда невозможно применение измерительных приборов, например, на этапе проектирования электросетей.

Видео описание

Как рассчитать мощность электрического тока?

Расчет мощности трехфазного тока необходим в случае подключения к сети сложных приборов индуктивного типа. К таким причисляются все асинхронные электродвигатели и различные трансформаторы. Например, сварочный аппарат работает по индуктивному принципу.

Для точных расчетов используют сложные формулы. При этом последовательно высчитывают все параметры каждой фазной линии. Такие вычисления больше подходят для производства. Для бытовых целей все расчеты значительно упрощаются, поскольку уже известны все допустимые средние значения коэффициентов. И минимальная погрешность в результатах не отразиться на работоспособности аппаратуры, подключенной к трехфазной сети.

Формулы и соотношения

Для расчетов следует знать основные законы и следствия из них.

Формула сила тока

Они указывают на зависимость искомой физической величины от других.

Используя основные соотношения, можно выполнить расчет других параметров (мощности, падения напряжения на одном из потребителей и т. д.).

К основным законам следует отнести следующие:

  1. Правила Ома.
  2. Закон теплового действия тока.
  3. Законы Кирхгофа (I и II).

Первый связывает ток с электросопротивлением, ЭДС и напряжением. Для переменного он сильно отличается, поскольку вводится понятие активной и реактивной нагрузок. Второй применяется для расчета количества теплоты, выделяемого проводником при прохождении через него электротока.

Законы Кирхгофа применяются в электронике для расчета токов. Примером такого прибора является УЗО (устройство защитного отключения). Его принцип действия основан на I законе Кирхгофа.

Закон Ома

Закон Ома радиолюбители применяют для расчета не только участка электроцепи, но и всей схемы. Он представлен в двух формулировках: для участка цепи и полной. В первом случае берется какой-либо участок без учета источника питания. Во втором — появляется ЭДС и внутреннее сопротивления гальванического элемента (источника питания).

 мощность тока

Формулировка в первом случае следующая: ток, протекающий через заданный участок цепи, прямо пропорционально зависит от значения напряжения (U), и обратно пропорционален электрическому сопротивлению этого участка (R). Формула силы тока имеет такой вид: I = U / R. Если рассматривать полную цепь, состоящую из резистора, источника питания и амперметра, то появляются параметры ЭДС и внутреннее сопротивление элемента питания (Rип).

Формулировка имеет следующий вид: сила тока (i или I) прямо пропорционально зависит от ЭДС (e) в полной цепи и обратно пропорционально от алгебраической суммы сопротивлений резистора (R) и гальванического элемента (Rип). Запись закона в математической форме следующая: i = e / (R + Rип).

На основании формул можно вывести некоторые соотношения. Они связывают одну физическую величину с другой. Это позволяет без особых проблем находить неизвестные параметры. Формулы называют еще следствием из законов. Вот некоторые из них:

  1. Нахождение сопротивлений резистора и источника питания: R = U / I, R = (e / i) — Rип и Rип = (e / i) — R.
  2. Напряжение и ЭДС: U = I * R и e = i * (R + Rип).

Кроме того, нужно знать еще одну формулу, с помощью которой находится мощность: P = U * I = U^2 / R = R * I^2.

Формула теплого действия

Электроток, протекающий через проводник, оказывает на последний тепловое воздействие. При этом происходит преобразование электроэнергии в тепловую. Объясняется этот феномен взаимодействием свободных носителей заряда с узлами кристаллической решетки, т. е. приводит к выделению некоторого количества теплоты Q.

Амперметр

Два ученых открыли (независимо друг от друга) закон вычисления тепловой энергии, которая выделяется при протекании электричества за некоторое время (t). Он получил название «закон Джоуля- Ленца». Его формулировка следующая: количество теплоты, которое выделяет проводник в результате прохождения через него электричества, прямо пропорционально зависит от I, U и t. Математическая форма следующая: Q = UIt = RtI^2 = (tU^2) / R = Pt.

Физики рекомендуют воспользоваться формулами-следствиями из него:

  1. Ток: I = Q / (Ut) = [(Q / (Rt)]^(1/2).
  2. Напряжение: U = Q / (It) = [QRt]^(1/2).
  3. Время протекания тока: t = Q / (UI) = Q / (RI^2) = Q / (U^2 / R) = Q / P.

Когда ток не совершает какую-либо механическую работу и не действует на какой-либо элемент цепи, тогда выполняется преобразование всей электроэнергии в тепловую, т. е. Q = A.

Правила Кирхгофа

В физике всего два закона Кирхгофа. Формулировка первого имеет следующий вид: ток, входящий в узел цепи, равен исходящему току. Для примера следует рассмотреть схему 1. Она состоит из потребителей, которые являются резисторами.

Сила тока

Схема 1. Первый закон Кирхгофа

Ток I1 входит в узел А. После него распределяется на I2 и I3. Следовательно, I1 = I2 + I3. С узла D выходит ток I1, который состоит из I2 и I6.

Однако для расчета электрических цепей недостаточно одного закона Кирхгофа. Рекомендуется использовать также и второй (схема 2). Его формулировка следующая: в произвольном замкнутом контуре всегда выполняется равенство алгебраической суммы всех ЭДС и падений U на каждом элементе резистивного типа. Необходимо отметить, что е и U являются векторными величинами. Их направление указывается с помощью знаков «+» и «-», которые определяются по такому алгоритму:

  1. Сделать выбор направления, по которому осуществляется обход: по часовой или против часовой стрелки.
  2. Осуществить выбор направления протекания токов по цепи.
  3. Расставить знаки е: совпадение с направлением — «+», а в другом случае — «-».

Физики рекомендуют рассматривать любой закон на практическом примере. На схеме 2 показаны следующие элементы: резистор R, источники питания с ЭДС Е1 и Е2. Следует отметить, что r1 и r2 — внутренние сопротивления источников питания с Е1 и Е2 соответственно.

Сила тока и сопротивление

Схема 2. Второй закон Кирхгофа

На схеме 2 видно, что Е1 направлена по часовой стрелке, а Е2 — в обратную сторону. Закон запишется таким образом: Е1 — Е2 = I1 * r1 — I2 * r2. Чтобы выразить величину Е2, следует рассмотреть правую ветвь: Е2 = I2 * r2 + I * R. Таким же образом находится и Е1: Е1 = I1 * r1 + I * R. Ток через резистор R будет равен алгебраической сумме I1 и I2.

Пример решения

Для закрепления знаний следует перейти к их практическому применению. Используя данные на схеме 2, следует вычислить ток, который протекает через резистор R. Кроме того, известно, что I1 в 2 раза больше I2. Нужно определить количество теплоты при следующих параметрах: максимальный ток I и время 5 минут. Решение осуществляется следующим образом:

  1. Общий ток через R: I = I1 + I2 = 2 * I2 + I2 = 3 * I2.
  2. Необходимо рассмотреть левую ветвь: Е1 = I1 * r1 + I * R = 2 * I2 * r1 + 3 * I2 * R.
  3. Составить уравнение: 12 = 2 * I2 * 0,1 + 3 * I2 * 2.
  4. Упростить его: I2 * (2 * 0,1 + 3 * 2) = I2 * (0,2 + 6) = 6,2 * I2 = 12.
  5. Решить равенство: I2 = 12 / 6,2 = 1,94 (A).
  6. Вычислить искомое значение тока: I = 3 * I2 = 3 * 1,94 = 5,81 (А).
  7. Количество теплоты (t = 5 минут = 5 * 60 = 300 секунд): Q =t * R * I^2 = 300 * 20 * 33,76 = 202536,6 Дж = 0,2 МДж.

Для проверки правильности решения специалисты рекомендуют воспользоваться специальными приложениями для построения и расчета электрических принципиальных схем.

Таким образом, начинающему радиолюбителю необходимо ознакомиться с основными законами физики, а затем приступать к расчетам схем. Не следует упускать из вида силу тока, поскольку от этого параметра зависит правильность работы любого устройства.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий