Как найти силу тока в цепи с помощью вычислительных формул и приборов

Как найти силу тока в цепи с помощью вычислительных формул и приборов

Передвижение положительно заряженных частиц, движущихся в едином направлении, в физике называют силой тока. По своей сути это физическая величина, демонстрирующая заряд, происходящий в определенное время через специальный проводник. Найти силу тока можно несколькими способами. Первый — это расчет величины по выведенным готовым формулам при наличии первоначальных данных. Второй — это использование специальных измерительных приборов.

• Зачем нужна сила тока
• Расчет величины по формулам
• Вычисление значений приборными системами
• Измерение амперметром

Зачем нужна сила тока

Работа любой электротехники напрямую связана с физической величиной заряженных частиц. Знание того, как найти силу тока, позволяет понимать нюансы работы такого оборудования, отдельной цепи либо схемы. Расчет подобного значения у настоящего профессионала не вызовет особых трудностей, а вот у начинающих электриков это может вызвать некоторые проблемы. Для этого стоит знать определенные расчетные формулы или иметь под рукой специальный измерительный прибор.

По своей сути различают несколько разновидностей тока — это постоянный (содержащийся в аккумуляторных батарейках) и переменный (находящийся в розетке). Именно второй вид отвечает за освещение в помещении, работу электроприборов. Особенность переменного тока заключается в быстрой передаче и трансформации, ярким примером тому может служить работа люминесцентных лампочек (движение токовых частиц при включении).

Расчет величины по формулам

Так как самым распространенным видом тока, использующимся в быту, является переменный, то для его расчета используется известная каждому школьнику формула расчета «Закон Ома». Выглядит она следующим образом — I = U / R (найти ток можно, разделив напряжение на сопротивление), где:

• I — это переменное токовое значение;
• U — это напряжение;
• R — это сопротивление.

Из этой формулы тока можно вывести и другие, не менее полезные вычисления, позволяющие определить другие значения, имея только фактические показатели двух других величин (R = U / I и U = I * R). При расчете рекомендуется использовать основные единицы измерения — амперы, вольты и омы. Данная расчетная формула чаще всего используется для вычисления силы в цепях с активной нагрузкой, например, нагревательных приборах, электрочайниках, светодиодах и т. д.

В других же случаях используется иная вычислительная формула, содержащая в себе мощность и напряжение. Выглядит она следующим образом — I = P / U. Также сила тока рассчитывается по формуле I = q / t, где q — это заряд, идущий по проводнику, измеряющийся в кулонах, а t — это время прохождения электрического заряда, вычисляющееся в секундах.

Вычисление значений приборными системами

Помимо формул при отсутствии четких показателей необходимых значений используются специальные приборные системы. Преимущество такого метода заключается в быстроте и точности получаемых данных, минус — в необходимости покупать требуемые устройства. К основным способам, как определить силу тока, стоит отнести:

• Магнитоэлектрический метод вычисления, отличающийся высокой чувствительностью, точностью показаний, минимальным потреблением электроэнергии. Используется он зачастую для определения значения силы постоянного тока.
• Электромагнитный, основным вычислительным элементом которого становится магнитомодульный датчик, на который из магнитного поля поступает сигнал. Таким способом можно узнать силу постоянного и переменного тока.
• Косвенный, где по старинке используется вольтметр, определяющий показания напряжения на определенном сопротивлении.

Стоит отметить, что подобные методы редко применяются самими электрикам, так как они отнимают много времени. Гораздо проще использовать специальные приборы, а не приборные системы.

Измерение амперметром

Самым простым способом узнать силу тока является измерение показаний амперметром. Особенности его использования заключаются в подключении прибора к разрывам электрической цепи. Для этого выбирается подходящее место, после чего остается дождаться, когда на экране амперметра высветится значение силы тока (заряда), прошедшего через кабельное сечение через определенное время.

Помимо классического прибора используются похожие на них аналоги, предназначенные для того, чтобы быстро найти силу тока малого электричества — это миллиамперметры, микроамперметры, гальванометры. Процедура подключения установки мало чем отличается от обычных измерительных приборов, их нужно зафиксировать на том участке цепи, где требуется узнать значение заряда. Подключение осуществляется несколькими методами — последовательным и параллельным. Условно весь процесс можно разделить на несколько этапов:

1. подготовка прибора, из которого выходит провод с двумя кабелями питания;
2. выставление необходимого измерительного диапазона на вычислительной установке;
3. прикладывание одного щупа к проводу питания прибора;
4. подключение второго щупа к любому контакту электропитания;
5. подсоединение оставшегося провода ко второму щупу;
6. включение измерительного прибора;
7. получение величины токовой силы, показанной на измерителе.

При измерении токовой силы нельзя забывать о том, что особую роль в этом деле играет его вид (переменный либо постоянный). Особое внимание следует уделить постоянному типу тока, например, если внутри устройства установлен блок питания, снижающий сетевое напряжение до меньших значений.

В таком случае необходимо измерять токовую силу в той части цепи, где установлен выпрямляющий мост диодов.

Немаловажную роль в измерении играет напряжение, в таком случае измерительные щипы прибора прикладываются не к разрыву цепи, а к параллельным контактам электропитания. Тут также стоит уделить внимание типу напряжения, которое бывает переменным и постоянным.

Как найти силу тока?

Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.

Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.

Формулами

Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.

Через заряд и время

Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.

Рис. 1. Определение понятия сила тока

Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t

Через мощность и напряжение

В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.

Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.

Через напряжение или мощность и сопротивление

Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I 2 R, откуда

Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.

Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:

• внешнее сопротивление проводников (R);
• ЭДС источника питания (ε);
• внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).

Примечание! Реальные источники питания обладают внутренним сопротивлением. Поскольку в электрической цепи
показатель силы тока может уменьшаться в связи с возрастанием сопротивления источника питания или в результате падения ЭДС. Именно из-за роста внутреннего сопротивления садится аккумулятор и ослабевает ЭДС элементов питания.

Закон Джоуля-Ленца

Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.

Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.

Рис. 2. Закон Джоуля-Ленца

Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:

Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.

Измерительными приборами

Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

Амперметром

Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

Рис. 3. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

Рис. 4. Аналоговый амперметр

Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

Примеры

Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.

Задача 1.

На участке цепи имеются три параллельно включенных резистора (см. рис. 5). Значения сопротивлений резисторов: R₁ = 5 Ом; R₂ = 25 Ом; R₃ = 50 Ом. Требуется рассчитать силу тока для каждого резистора и на всём участке, если на нем поддерживается постоянное напряжение 100 В.

Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R

Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:

Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)

Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

Ответ:

• Сила тока на сопротивлениях: I₁ =20 А; I₂ = 4А; I₃ = 2 А.
• Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.

Задача 2.

Мощность электрочайника 2 кВт. Чайник работает от городской сети под напряжением 220 В. Сколько электричества потребляет этот электроприбор?

Решение:

Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.

• 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
• Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
• Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.

Задача 3.

Вычислить силу тока в цепи, если известно, что сопротивление составляет 5 Ом, ЭДС источника питания 6 В, а его внутреннее сопротивление составляет 1 Ом.

Решение.

Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

Ответ: сила тока 1 А.

Задача 4.

Сколько энергии потребляет электроплита за 2 часа работы, если сопротивление нагревательного элемента 40 Ом?

Решение:

За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.

Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U 2 /R)*t или

A = ((220 В) 2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч

Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.

Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.

Как найти силу тока в цепи с помощью вычислительных формул и приборов

Понятия и свойства электрического тока

Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеством. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.

Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.

Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:

• Нагревание проводника, по которому протекает ток.
• Изменение химического состава проводника под действием тока.
• Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах

Тест по теоретическим основам электротехники с ответами

Студент допускается к выполнению последующей работы после представления и защиты отчета по предыдущей. Перед началом выполнения лабораторной работы преподаватель устно проводит краткий опрос студентов допуск к занятию. При неудовлетворительной подготовке к теме занятий студент не допускается к выполнению лабораторной работы. Студенты, пропустившие занятия в лаборатории, допускаются к выполнению пропущенной работы в свободное от занятий время в часы работы лаборатории. При сборке схем сначала собрать последовательные токовые цепи, а затем присоединить параллельные цепи вольтметры, обмотки напряжения ваттметров, счетчиков электроэнергии, цепи управления и сигнализации. Собранная схема обязательно проверяется всеми студентами, выполняющими данную работу, обратив особое внимание на соответствие пределов измерения приборов фактическим электрическим величинам в цепи, на положение рукояток управления, защиты, автоматизации и ползунка реостатов. Они должны находиться в отключенном состоянии, а ползунок реостата в крайнем положении, соответствующем максимальному значению сопротивления;. Находиться только на своем рабочем месте, не трогать оборудование и приборы, не относящиеся к работе, соблюдать тишину и порядок;.

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока, измеряемой в амперах.

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление, измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Пример 1 – Определение потери напряжения, когда нагрузка подключена в конце линии

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cosϕ = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

• γ – значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов – 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов – 31,7 м/Ом*мм2;
• s – номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

• ρ – значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов — 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов – 0,026 — 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу 1.14 [Л2. с.30].

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25 [Л1.с.420]:

• Дср. – среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;
• d = 6,40 мм – диаметр провода, для марки провода А-25. Значение диаметра провода можно определить по ГОСТ 839-80 – «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 – 4. В данном расчете я привожу значение диаметра провода, только для провода марки А, для остальных марок проводов значения диаметров проводов вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТе;
• µ — относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 103 и даже больше.

2.1 Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости [Л1.с.419]:

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

3. Определяем коэффициент мощности tgϕ, зная cosϕ:

4. Определяем потерю напряжения в линии [Л1.с.422]:

Закон Ома

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

1. Сила тока: I = U/R (ампер).
2. Напряжение: U = I x R (вольт).
3. Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Постоянный ток

Постоянный ток применяют для питания устройств связи, транзисторных приборов, стартеров автомобилей, электрокар, а также, для зарядки аккумуляторов.

В качестве источников постоянного тока используют гальванические элементы, солнечные батареи, термоэлектрогенераторы, генераторы постоянного тока.

При параллельном соединении нескольких проводников с током с равными напряжениями:

Iоб = I1+I2+…+In Uоб=U1=U2=…=Un

При последовательном соединении: Iоб = Imin; – где Imin, ток наименьшего по мощности источника тока (генератора, аккумуляторной батареи).

Энергия и мощность в электротехнике

В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность, связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.

Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P = I x U, единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.

Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.

Полупроводники

Полупроводники по электропроводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Простые полупроводниковые вещества – германий, кремний, селен, сложные полупроводниковые материалы — арсенид галлия, фосфид галлия и др. В чистых полупроводниках концентрация носителей заряда – свободных электронов и дырок мала и эти материалы не проводят электрический ток.

Если в полупроводниковый материал ввести примесь (донорную или акцепторную), то есть произвести легирование, то полупроводник становится обладателем или электронной (n) проводимости (избыток электронов), или дырочной (р) проводимости (избыток положительных зарядов – дырок). Если соединить два полупроводника с различными видами проводимости, получим полупроводниковый прибор (диод), который используется для выпрямления переменного тока.

Мощность в электрической цепи характеризует интенсивность преобразования энергии из одного вида в другой в единицу времени. Единица измерения мощности – Ватт (Вт).

Для цепи постоянного тока мощность источника

Как найти силу тока в цепи с помощью вычислительных формул и приборов

Электрический ток

Для простоты электрические параметры часто объясняют на примере перемещения воды по трубам. Данным термином, выраженным в амперах (А), обозначают скорость передвижения электронов в проводнике. Препятствия для жидкости создают малые размеры и дистанция транспортной системы. На сопротивление электрическому току оказывают влияние:

• наличие свободных электронов, химическая чистота материала;
• площадь поперечного сечения (длина) провода;
• температурные условия.

Расчет величины по формулам

В идеальном теоретическом случае трехфазная схема состоит из трех одинаковых однофазных цепей. На практике всегда есть какие-то отклонения. Но, в большинстве случаев при анализах ими пренебрегают.

Поэтому рассматриваем вначале наиболее простой вопрос.

Так как самым распространенным видом тока, использующимся в быту, является переменный, то для его расчета используется известная каждому школьнику формула расчета «Закон Ома». Выглядит она следующим образом — I = U / R (найти ток можно, разделив напряжение на сопротивление), где:

• I — это переменное токовое значение;
• U — это напряжение;
• R — это сопротивление.

Из этой формулы тока можно вывести и другие, не менее полезные вычисления, позволяющие определить другие значения, имея только фактические показатели двух других величин (R = U / I и U = I * R). При расчете рекомендуется использовать основные единицы измерения — амперы, вольты и омы. Данная расчетная формула чаще всего используется для вычисления силы в цепях с активной нагрузкой, например, нагревательных приборах, электрочайниках, светодиодах и т. д.

В других же случаях используется иная вычислительная формула, содержащая в себе мощность и напряжение. Выглядит она следующим образом — I = P / U. Также сила тока рассчитывается по формуле I = q / t, где q — это заряд, идущий по проводнику, измеряющийся в кулонах, а t — это время прохождения электрического заряда, вычисляющееся в секундах.

О напряжении, токе и мощности

Продолжив аналогии с водой, напряжение можно сравнить с давлением в магистрали. По мере увеличения разницы потенциалов (вольтаж) получают большую силу электрического тока при остальных равных условиях. Если подключить в цепь лампу накаливания, будет видно, как соответствующим образом изменяется свечение спирали.

Мощность – это комплексный показатель, определяющий потребляемую энергию. Его рассчитывают с учетом приложенного напряжения и тока в цепи.

Вычисление значений приборными системами

Помимо формул при отсутствии четких показателей необходимых значений используются специальные приборные системы. Преимущество такого метода заключается в быстроте и точности получаемых данных, минус — в необходимости покупать требуемые устройства. К основным способам, как определить силу тока, стоит отнести:

• Магнитоэлектрический метод вычисления, отличающийся высокой чувствительностью, точностью показаний, минимальным потреблением электроэнергии. Используется он зачастую для определения значения силы постоянного тока.
• Электромагнитный, основным вычислительным элементом которого становится магнитомодульный датчик, на который из магнитного поля поступает сигнал. Таким способом можно узнать силу постоянного и переменного тока.
• Косвенный, где по старинке используется вольтметр, определяющий показания напряжения на определенном сопротивлении.

Как рассчитать число ампер в сети

Самым простым способом узнать силу тока является измерение показаний амперметром. Особенности его использования заключаются в подключении прибора к разрывам электрической цепи. Для этого выбирается подходящее место, после чего остается дождаться, когда на экране амперметра высветится значение силы тока (заряда), прошедшего через кабельное сечение через определенное время.

Помимо классического прибора используются похожие на них аналоги, предназначенные для того, чтобы быстро найти силу тока малого электричества — это миллиамперметры, микроамперметры, гальванометры. Процедура подключения установки мало чем отличается от обычных измерительных приборов, их нужно зафиксировать на том участке цепи, где требуется узнать значение заряда. Подключение осуществляется несколькими методами — последовательным и параллельным. Условно весь процесс можно разделить на несколько этапов:

1. подготовка прибора, из которого выходит провод с двумя кабелями питания;
2. выставление необходимого измерительного диапазона на вычислительной установке;
3. прикладывание одного щупа к проводу питания прибора;
4. подключение второго щупа к любому контакту электропитания;
5. подсоединение оставшегося провода ко второму щупу;
6. включение измерительного прибора;
7. получение величины токовой силы, показанной на измерителе.

При измерении токовой силы нельзя забывать о том, что особую роль в этом деле играет его вид (переменный либо постоянный). Особое внимание следует уделить постоянному типу тока, например, если внутри устройства установлен блок питания, снижающий сетевое напряжение до меньших значений.

На практике применяют разные схемы вычислений. В частности, пользуются автоматизированными программами (калькуляторами). Такие инструменты предлагают бесплатно специализированные сайты в режиме онлайн. Ниже представлены формулы и примеры, которые помогут рассчитывать электрические параметры самостоятельно.

К сведению. Для удобства на практике применяют дробные и кратные величины. В данном примере – 167 мА (миллиампер).

U = P/I = 2/0,2 = 10 V.

P = I*U = 0,2 * 10 = 2 Вт.

Формулы для расчета мощности

В левой части рисунка приведена формула для расчета механической мощности:

• А – полезная работа в Джоулях;
• t – временной период, за который выполнена эта операция.

В реальных условиях существенное влияние оказывает электрическое сопротивление проводника. Выбрав соответствующий режим, можно узнать действительное значение с помощью мультитестера. Переключатель устанавливают в положение, которое соответствует определенному диапазону. Переходят от больших значений к малым до появления индикации на экране.

P = I2*R = 0,04*20 = 0,8 Вт.

U = I*R = 0,2*20 = 4 V.

• π – число Пи (3,14);
• D – диаметр.

При отсутствии специализированных инструментов узнавать размер можно с применением подручных средств. Взяв карандаш или другую подходящую основу с одинаковой шириной по продольной оси, наматывают последовательно провод. Приложив конструкцию к линейке, уточняют длину. Делением на количество витков получают диаметр проводника. Далее пользуются рассмотренной выше формулой.

Таблица ватт ампер для выбора сечения проводников по максимальному току (суммарной мощности потребления)

Площадь сечения, мм кв.	Материал проводника
Алюминий				Медь
Напряжение 220 V		Напряжение 380 V		Напряжение 220 V		Напряжение 380 V
Ток (I), А	Мощность потребления (P), киловатт за час	I	P	I	P	I	P
2,5	20	4,4	19	12,5	27	5,9	25	16,5
4	28	6,1	23	15,1	38	8,3	30	19,8
6	36	7,9	30	19,8	46	10,1	40	26,4
10	50	11	39	25,7	70	15,4	50	33
16	60	13,2	55	36,3	85	18,7	75	49,5

Основные формулы не только показывают, как посчитать амперы. Они демонстрируют зависимость тока от напряжения, мощности, сопротивления:

• I = P/U;
• I = U/ R;
• I = √P/R.

При большой длине проводника существенно возрастает влияние потерь, которые определяются особенностями определенного материала. Часть энергии используется впустую на обогрев окружающего пространства. Приходится делать коррекции для устойчивого питания конкретной нагрузки.

• p – удельный коэффициент (0,03 – алюминий, 0,0175 – медь);
• L – длина линии.

Вычисляют процентное отношение потерь по напряжению в идеальных условиях и с учетом удельного сопротивления определенного материала. Если полученное значение более 5%, выбирают кабельную продукцию с большим сечением из серийной номенклатуры.

Важно! При расчете умножают длину на два, чтобы учесть потери во всей цепи питания (от источника до подключенного оборудования и обратно).

Сколько в действительности будет потреблять определенная техника, можно выяснить с помощью специализированного прибора. Амперметр подключают в разрыв цепи. Если надо измерить 100 Ампер, иную большую величину, применяют шунт или бесконтактные модификации.

Как рассчитывается сила тока в электрической цепи: формулы и порядок расчета при разных известных показателях

Сила тока — это движение заряженных частиц, являющееся одной из ключевых характеристик в цепи электричества. Данная величина измеряется Амперами. Силой электрического тока измеряется нагрузка на проводящих ток проводах, шинах и дорожках плат.

Благодаря этой величине можно понять, сколько энергии протекает в проводнике за определённое количество времени. Вычислить значение можно разными способами, которые зависят от имеющихся в наличии данных.

Из-за того, что варианты решения и известные значения могут быть разными, можно встретиться с проблемами в расчетах. Далее рассмотрим, как правильно можно определить силу тока с помощью разных значений.

С помощью мощности и напряжения

В случае если из всех известных данных у вас есть только значение мощности потребления и напряжение, нужно воспользоваться простой формулой, не включающей в себя сопротивление: P = IU

При этом из этой же формулы можно получить следующую: I = P/U

Данная формула подходит для цепи с постоянным током. А для расчетов силы тока в цепях с переменным током (такая формула может понадобиться Вам, если Вы хотите вычислить силу тока в электрическом двигателе) нужно учитывать ещё и коэффициент мощности (его же иначе называют «косинус фи»).

В этом случае для электродвигателя с тремя фазами действует нужно построить расчет немного иначе.

Найдите P, учитывая при этом коэффициент полезного действия: Р1 = Р2/η

В этой формуле P 2 является активной полезной мощностью на вале, а η является коэффициентом полезного действия. Эти значения обычно можно найти на самом двигателе.

После этого нужно найти полную мощность с учётом коэффициента мощности (он же cos φ, его значение указано на двигателе): S = P1/cosφ

Далее определите ток потребления: Iном = S/(1,73·U)

1.73 является корнем из трёх, это значение нужно для расчёта цепи на три фазы. Значение напряжение будет зависеть от способа включения электродвигателя (треугольником или звездой) и Вольт, чаще всего встречается 380.

С помощью напряжения или мощности и сопротивления

Бывает и так, что для расчета силы электрического тока нужно задействовать напряжение с определённого участка или величину нагрузки. Тогда проще всего применить закон Ома, который знает каждый, кто немного разбирается в физике.

Если же напряжение Вам неизвестно, но вы знаете значение мощности и сопротивления, проводите расчет по следующей формуле: P=UI

Снова применяя закон Ома, можно получить следующее: U=IR

В таком случае: P=I2*R

Получаем следующую формулу: I2=P/R

Кроме того, можно применить следующий расчет, исходя из этих же формул и значений: I=(P/R)1/2

С помощью электродвижущей силы, внутреннего сопротивления и нагрузки

В некоторых студенческих учебниках встречаются так называемые задачки с подвохом. К ним относятся и те, где есть электродвижущая сила и значение внутреннего сопротивления.

Вспоминая закон Ома, силу электрического тока можно получить следующим образом: I=E/(R+r)

Здесь Е будет электродвижущей силой, а r будет внутренним сопротивлением. R представляет собой нагрузку.

С помощью закона Джоуля-Ленца

Некоторые затрудняются определять силу тока, если есть:

• Время;
• Значение сопротивления;
• Кол-во выделяемого тепла от проводника.

С помощью решения задачи, нужно воспользоваться законом Джоуля-Ленца: Q=I2Rt

Исходя из этой формулы, расчет нужно построить так: I2=QRt

Либо так: I=(Q/Rt)1/2

Практические примеры

Чтобы правильно понять все приведённые выше формулы, предлагаем Вам рассмотреть несколько примеров, которые могут встретиться в учебниках по физике.

Первый пример: рассчитаем силу тока из 2-х резисторов, при этом в цели есть последовательное и параллельное соединение. В источнике питания двенадцать Вольт.

Исходя из условий задачи, нужно получить два значения: одно для последовательного, а другое для параллельного соединения.

Для получения значения последовательного соединения, нужно сложить сопротивления, чтобы вывести общее: R1+R2=1+2=3 Ома

Далее определить силу тока можно через закон Ома: I=U/R=12/3=4 Ампера

Для параллельного соединения расчёт будет следующим: Rобщ=(R1*R2)/(R1+R2)=1*2/3=2/3=0,67

С применением закона Ома результат будет таким: I=12*0,67=18А

Второй пример: нужно найти ток при соединении разных элементов цепи. На выход питание составляет 24 Вольта, на резисторы от первого к третьему 1, 2 и 3 Ома соответственно.

В этом случае воспользовавшись формулой, которую мы определили выше, видим следующий расчет: Rприв=(R2*R3)/(R2+R3)=(3*3)|(3+3)=9/6=3/2=1,5 Ома

С этой формулой схема будет выглядеть так:

Теперь определяем силу тока: I=U/(R1+Rприв)=24/(1+1,5)=24/2,5=9,6 Ампер

Это все способы определения силы. Потренируйтесь использовать эти расчеты для типовых задач, и Вы сможете лучше понять принцип вычисления силы тока в электрической цепи!

Расчет электрических цепей

Для вычисления рабочих параметров радиотехнических устройств и отдельных схем применяют специальные методики. После изучения соответствующих технологий результат можно узнать быстро, без сложных практических экспериментов. Корректный расчет электрических цепей пригодится на стадии проектирования и для выполнения ремонтных работ.

Категории элементов и устройств электрической цепи

Для условного изображения определенной цепи применяют специальную схему. Кроме отдельных физических компонентов, она содержит сведения о направлении (силе) токов, уровнях напряжения и другую информацию. Качественная модель показывает реальные процессы с высокой точностью.

Компоненты электрической цепи:

• источник постоянного или переменного тока (Е) – аккумулятор или генератор, соответственно;
• пассивные элементы (R) – резисторы;
• компоненты с индуктивными (L) и емкостными (С) характеристиками;
• соединительные провода.

На рисунке обозначены:

• ветви – участки цепи с одним током;
• узлы – точки соединения нескольких ветвей;
• контур – замкнутый путь прохождения тока.

При решении практических задач выясняют, как узнать силу тока в отдельных ветвях. Полученные значения используют для анализа электрических параметров. В частности, можно определять падение напряжения на резисторе, мощность потребления подключенной нагрузки. При расчете цепей переменного тока приходится учитывать переходные энергетические процессы, влияние частоты.

Метод расчета по законам Ома и Кирхгофа

До изучения технологий вычислений необходимо уточнить особенности типовых элементов при подключении к разным источникам питания. При постоянном токе сопротивлением индуктивности можно пренебречь. Конденсатор эквивалентен разрыву цепи. Также следует учитывать следующие различия разных видов соединений резисторов:

• последовательное – увеличивает общее сопротивление;
• параллельное – распределяет токи по нескольким ветвям, что улучшает проводимость.

Закон Ома для участка цепи

Типовая аккумуляторная батарея легкового автомобиля вырабатывает напряжение U = 12 V. Бортовой или внешний амперметр покажет соответствующее значение при измерении. Соединение клемм проводом недопустимо, так как это провоцирует короткое замыкание. Если жила тонкая (

К сведению. Результат показанного расчета пригодится для поиска подходящего резистора. Следует делать запас в сторону увеличения. По стандарту серийных изделий подойдет элемент с паспортной номинальной мощностью 5 Вт.

На практике приходится решать более сложные задачи. Так, при значительной длине линии нужно учесть влияние соединительных ветвей цепи. Через стальной проводник ток будет протекать хуже, по сравнению с медным аналогом. Следовательно, надо в расчете учитывать удельное сопротивление материала. Короткий провод можно исключить из расчета. Однако в нагрузке может быть два элемента. В любом случае общий показатель эквивалентен определенному сопротивлению цепи. При последовательном соединении Rэкв = R1 + R2 +…+ Rn. Данный метод пригоден, если применяется постоянный ток.

Закон Ома для полной цепи

Для вычисления такой схемы следует добавить внутреннее сопротивление (Rвн) источника. Как найти ток, показывает следующая формула:

Вместо напряжения (U) при расчетах часто используют типовое обозначение электродвижущей силы (ЭДС) – E.

Первый закон Кирхгофа

По классической формулировке этого постулата алгебраическая сумма токов, которые входят и выходят из одного узла, равна нулю:

I1 + I2 + … + In = 0.

Это правило действительно для любой точки соединения ветвей электрической схемы. Следует подчеркнуть, что в данном случае не учитывают характеристики отдельных элементов (пассивные, реактивные). Можно не обращать внимания на полярность источников питания, включенных в отдельные контуры.

Чтобы исключить путаницу при работе с крупными схемами, предполагается следующее использование знаков отдельных токов:

• входящие – положительные (+I);
• выходящие – отрицательные (-I).

Второй закон Кирхгофа

Этим правилом установлено суммарное равенство источников тока (ЭДС), которые включены в рассматриваемый контур. Для наглядности можно посмотреть, как происходит распределение контрольных параметров при последовательном подключении двух резисторов (R1 = 50 Ом, R2 = 10 Ом) к аккумуляторной батарее (Uакб = 12 V). Для проверки измеряют разницу потенциалов на выводах пассивных элементов:

• UR1 = 10 V;
• UR1 = 2 V;
• Uакб = 12 V = UR1 + UR2 = 10 + 2;
• ток в цепи определяют по закону Ома: I = 12/(50+10) = 0,2 А;
• при необходимости вычисляют мощность: P = I2 *R = 0,04 * (50+10) = 2,4 Вт.

Второе правило Кирхгофа действительно для любых комбинаций пассивных компонентов в отдельных ветвях. Его часто применяют для итоговой проверки. Чтобы уточнить корректность выполненных действий, складывают падения напряжений на отдельных элементах. Следует не забывать о том, что дополнительные источники ЭДС делают результат отличным от нуля.

Метод преобразования электрической цепи

Как определить силу тока в отдельных контурах сложных схем? Для решения практических задач не всегда нужно уточнение электрических параметров на каждом элементе. Чтобы упростить вычисления, используют специальные методики преобразования.

Расчет цепи с одним источником питания

Для последовательного соединения пользуются рассмотренным в примере суммированием электрических сопротивлений:

Rэкв = R1 + R2 + … + Rn.

Контурный ток – одинаковый в любой точке цепи. Проверять его можно в разрыве контрольного участка мультиметром. Однако на каждом отдельном элементе (при отличающихся номиналах) прибор покажет разное напряжение. По второму закону Кирхгофа можно уточнить результат вычислений:

E = Ur1 + Ur2 + Urn.

В этом варианте в полном соответствии с первым постулатом Кирхгофа токи разделяются и соединяются во входных и выходных узлах. Показанное на схеме направление выбрано с учетом полярности подключенного аккумулятора. По рассмотренным выше принципам сохраняется базовое определение равенства напряжений на отдельных компонентах схемы.

Как найти ток в отдельных ветвях, демонстрирует следующий пример. Для расчета приняты следующие исходные значения:

• R1 = 10 Ом;
• R2 = 20 Ом;
• R3= 15 Ом;
• U = 12 V.

По следующему алгоритму будут определяться характеристики цепи:

• базовая формула для трех элементов:

Rобщ = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3.

• подставив данные, вычисляют Rобщ = 10 * 20 * 15 / (10*20 + 20*15 +10*15) = 3000 /(200+300+150) = 4,615 Ом;
• I = 12/ 4,615 ≈ 2,6 А;
• I1 = 12/ 10 = 1,2 А;
• I2 = 12/20 = 0,6 А;
• I3 = 12/15 = 0,8 А.

Как и в предыдущем примере, рекомендуется проверить результат вычислений. При параллельном соединении компонентов должно соблюдаться равенство токов на входе и суммарного значения:

I = 1,2 + 0,6 + 0,8 = 2,6 А.

Если применяется синусоидальный сигнал источника, вычисления усложняются. При включении в однофазную розетку 220V трансформатора придется учитывать потери (утечку) в режиме холостого хода. В этом случае существенное значение имеют индуктивные характеристики обмоток и коэффициент связи (трансформации). Электрическое сопротивление (ХL) зависит от следующих параметров:

• частоты сигнала (f);
• индуктивности (L).

Вычисляют ХL по формуле:

Чтобы находить сопротивление емкостной нагрузки, подойдет выражение:

Следует не забывать о том, что в цепях с реактивными компонентами сдвигаются фазы тока и напряжения.

Расчет разветвленной электрической цепи с несколькими источниками питания

Пользуясь рассмотренными принципами, вычисляют характеристики сложных схем. Ниже показано, как найти ток в цепи при наличии двух источников:

• обозначают компоненты и базовые параметры во всех контурах;
• составляют уравнения для отдельных узлов: a) I1-I2-I3=0, b) I2-I4+I5=0, c) I4-I5+I6=0;
• в соответствии со вторым постулатом Кирхгофа, можно записать следующие выражения для контуров: I) E1=R1 (R01+R1)+I3*R3, II) 0=I2*R2+I4*R4+I6*R7+I3*R3, III) -E2=-I5*(R02+R5+R6)-I4*R4;
• проверка: d) I3+I6-I1=0, внешний контур E1-E2=I1*(r01+R1)+I2*R2-I5*(R02+R5+R6)+I6*R7.

Дополнительные методы расчета цепей

В зависимости от сложности устройства (электрической схемы), выбирают оптимальную технологию вычислений.

Метод узлового напряжения

Основные принципы этого способа базируются на законе Ома и постулатах Кирхгофа. На первом этапе определяют потенциалы в каждом узле. Далее вычисляют токи в отдельных ветвях с учетом соответствующих электрических сопротивлений (отдельных компонентов или эквивалентных значений). Проверку делают по рассмотренным правилам.

Метод эквивалентного генератора

Эта технология подходит для быстрого расчета тока в одной или нескольких контрольных ветвях.

В данной методике общую цепь представляют в виде источника тока с определенным напряжением и внутренним сопротивлением. Далее выполняют вычисления по контрольной ветви с применением стандартного алгоритма.

Видео

Как найти утечку в теплом полу

Как найти утечку воды в теплом полу?

Однако не стоит расстраиваться, поскольку на сегодняшнее время существует несколько простых, но действенных способов, как найти утечку воды в теплом полу. В зависимости от материалов отделки пола, и от толщины цементной стяжки, определить, где именно пробита труба, можно различными средствами.

Ошибки при монтаже теплого пола

На страницах строительного журнала samastroyka.ru уже не раз описывались и приводились примеры всевозможных ошибок при выполнении многих работ. Настал черед рассмотреть основные ошибки, связанные с монтажом теплых полов.

Рассмотренные ошибки помогут понять конструктивные особенности данного способа обогрева, и выявить проблемы его эксплуатации в дальнейшем. Основные ошибки теплых полов связаны:

• С недостаточным утеплением чернового основания, именно того, на которое будет осуществляться укладки труб теплого пола;
• С большими перепадами поверхности, из-за чего трубы уложены неровно, и в них собирается воздух;
• С отсутствием демпферной ленты, по периметру того помещения, в котором был выполнен монтаж теплых полов;
• С неправильной толщиной стяжки теплого пола (слишком толстой или наоборот, слишком тонкой);
• С отсутствием пластификаторов, которые должны добавляться в цементный раствор при заливке теплого пола;
• Гидравлические ошибки: длина одного контура теплого пола слишком большая, поэтому циркуляционный насос, не в силах прокачать теплоноситель.

Кроме того, многие монтажники во время укладки теплых полов игнорируют некоторые правила, например, не отступают правильное расстояние от стен и дверей, в результате чего, труба теплого пола может быть пробита в момент крепления плинтусов или напольных материалов.

И даже если в трубу был закручен саморез, как правило, течь проявит себя не сразу, а только после того, как сгниёт метизное изделие. Поэтому, уже через несколько лет эксплуатации теплого пола, как раз и возникают вопросы о том, как найти в нем утечку.

Как найти утечку воды в теплом полу, если пробита труба?

Если схема укладки труб теплого пола есть, то найти утечку воды не составит огромного труда. Куда большие сложности могут возникнуть со снятием материалов отделки пола и с установкой муфты. Именно муфтой и следует соединять пробитую трубу теплого пола, если та была повреждена в процессе эксплуатации.

Определенные трудности с поиском утечек могут возникнуть в том случае, если нет под рукой абсолютно никаких схем разводки теплого пола. В таком случае можно действовать надежными и проверенными способами.

Для того чтобы найти утечку воды, следует использовать автомобильную жидкость, которая заливается в бачок омывателя автомобиля. Данное средство имеет в своем составе специальные красители, и именно они помогут найти то место, где был пробит теплый пол.

Чтобы воспользоваться данным способом, кроме «цветной» жидкости, также понадобится опрессовочный насос. Что такое опрессовочный насос? Это специальное приспособление, которое даёт возможность наполнить систему отопления водой, воздухом или антифризом, при отсутствии электричества или нужного давления воды, в водопроводе.

Чтобы найти утечку, потребуется перекрыть на гребенке теплого пола все контура, а затем по отдельности опрессовать их жидкостью с красителем. Во время данной процедуры, все время нужно наблюдать за тем, в какой части комнаты появится цветное пятно. Конечно же, такой способ найти утечку в теплом полу не совсем идеальный, но это уже что то, с чего можно начать поиски поврежденных мест.

Кроме специальной жидкости, можно отыскать утечку в трубах, если наполнить их не водой или специальным средством, а обычным воздухом. Для этого нужно произвести все те же манипуляции: перекрыть контура теплых полов, а затем начать их опрессовку воздухом, по отдельности. В том месте, где труба будет повреждена и потребуется ремонт теплого пола, будет с шумом вырываться воздушная струя.

Поиск утечек в теплом полу тепловизором

Обнаружить утечку в теплом полу поможет и специальный прибор — тепловизор. Если посмотреть на теплый пол, когда он работает, через тепловизор, то можно увидеть, как именно расположены трубы контуров. Соответственно, утечка теплой воды будет видна в виде большого красного пятна на тепловизоре.

Единственной проблемой на пути обнаружения протечек в теплом полу тепловизором, могут стать — толстая стяжка, более 12 см., и глянцевое напольное покрытие. От такой поверхности луч тепловизора попросту отражается, и не даёт возможности отследить какое-либо температурное колебание на поверхности полов.

Чтобы не возникало проблем с эксплуатацией теплых полов, всегда нужно иметь план-схему укладки труб, с точным их расположением и расстоянием от стен, дверей и сантехнических приборов. Заказчик вправе требовать такую схему от монтажников, чтобы в дальнейшем, предоставить ее мастерам отделочникам, которые будет производить укладку напольного покрытия.