Падение напряжения на участке цепи.

При движении потока электронов по цепи они встречает, как мы знаем, сопротивление. Таким образом, когда электроны проходят через нагрузку (или другие элементы цепи), то они теряют энергию. Та энергия, которую электроны отдали в нагрузку, называется падением напряжения на участке цепи . В основном эта энергия выделяется на нагрузке в виде тепла. Энергия, которая отдается в нагрузку, равна энергии сообщаемой электронам источником напряжения. Различают падение напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Часть ЭДС, затрачиваемая на перенос зарядов по внутреннему участку цепи называется падением напряжения на внутреннем участке цепи, а Часть ЭДС, затрачиваемая на перенос зарядов на внешнем участке цепи – падение напряжения на внешнем участке цепи.

38. Закон Ома для полной цепи — сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

где I — сила тока E — электродвижущая сила R — внешнее сопротивление цепи (т.е. сопротивление той части цепи, которая находится за пределами источника ЭДС) r — внутреннее сопротивление источника ЭДС ЭДС — работа сторонних сил (т.е. сил неэлектрического происхождения) по перемещению заряда в цепи отнесенная к величине этого заряда. Единицы измерения: ЭДС — вольты Ток — амперы Сопротивления (R и r) – омы

39.  КПД источника тока.

КПД всегда определяем как отношение полезной работы к затраченной:

      Полезная работа – мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении Rв единицу времени. По закону Ома имеем:  а  тогда

.

40. Электрический ток в газах.

В газах существуют несамостоятельные и самостоятельные электрические разряды.

Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом. Процесс отрыва электрона от атома называется ионизацией атома. Минимальная энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома, называется энергией ионизации. Частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов одинаковы, называется

плазмой.

41. Самостоятельный и несамостоятельный заряды.

Все образующиеся ионы достигают электродов; часть их воссоединяется с электронами, образуя нейтральные молекулы газа. По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки доля заряженных частиц, достигающих электродов, увеличивается. Возрастает и сила тока в цепи. Наконец, наступает момент, при котором все заряженные частицы, образующиеся в газе за секунду, достигают за это время электродов.

При этом дальнейшего роста силы тока не происходит (рис.16.32). Ток, как говорят, достигает насыщения. Если действие ионизатора прекратить, то прекратится и разряд, так как других источников ионов нет. По этой причине такой разряд называют несамостоятельным разрядом.

   Самостоятельный разряд. Что будет происходить с разрядом в газе, если продолжать увеличивать разность потенциалов на электродах?    Казалось бы, сила тока и при дальнейшем увеличении разности потенциалов должна оставаться неизменной. Однако опыт показывает, что в газах при увеличении разности потенциалов между электродами, начиная с некоторого ее значения, сила тока снова возрастает (

рис.16.33). Это означает, что в газе появляются дополнительные ионы сверх тех, которые образуются за счет действия ионизатора. Сила тока может возрасти в сотни и тысячи раз, а число ионов, возникающих в процессе разряда, может стать таким большим, что внешний ионизатор будет уже не нужен для поддержания разряда. Если убрать внешний ионизатор, то разряд не прекратится. Так как разряд в этом случае не нуждается для своего поддержания во внешнем ионизаторе, его называют самостоятельным разрядом.

42. Плазма разряда может быть изотермичной и неизотермичной. При изотермичной плазме температуры электронного и молекулярного газов раины и роль электрического поля состоит лишь в сообщении плазме, конечно, через электронный газ, энергии, достаточной для поддержания высокой температуры. В такой горячей изотермической плазме концентрации различных частиц определяются термодинамическим равновесием и могут быть подсчитаны, если известны соответствующие константы равновесия и температуры, по обычным формулам термодинамики. Механизм химических реакций внутри изотермической плазмы не отличается от механизма реакций, протекающих при высокой температуре, созданной в системе любым другим способом. В этом случае говорят о термической активации реакций в разряде, которая должна изучаться в общем плане теории термических реакций.

 

43. Электрический ток в газах. Закон Электролиза.

Закон электролиза. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Вода и кристаллы хлорида меди практически не проводят электрический ток. Раствор хлорида меди в воде является хорошим проводником. При прохождении электрического тока через водный раствор хлорида меди у положительного электрода, называемого анодом, выделяется газообразный хлор. На отрицательном электроде, называемом катодом, выделяется медь.    Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами, называется

электролизом.    Фарадей установил, что при прохождении электрического тока через электролит масса m вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду , прошедшему через электролит:

, (47.1)

или

, (47. 2)

 Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:

m = kq = kIt,

      где k – электрохимический эквивалент вещества:

      F = eN_A = 96485 Кл / моль. – постоянная Фарадея.

      Второй закон Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты

:

.

      Объединенный закон Фарадея для электролиза:

.

44. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости в полупроводниках.

По значению удельного электрического сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между хорошими проводниками и диэлектриками. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др. ), огромное количество сплавов и химических соединений.

Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т.е. без примесей) полупроводников. Он называется

собственной электрической проводимостьюполупроводников. Электроны забрасываются в зону проводимости с уровня Ферми, который оказывается в собственном полупроводнике расположенным посередине запрещенной зоны.

 Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла. Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью.

 45. Действие магнитного поля на проводник с током.

Магнитное  поле  действует  с  некоторой  силой  на  любой  проводник  с  током,  находящийся  в  нем. Если проводник, по которому протекает электрический ток подвесить в магнитном поле, например, между полюсами магнита, то магнитное поле будет действовать на проводник с некоторой силой и отклонять его.

Направление  движения  проводника  зависит  от  направления  тока  в  проводнике  и  от   расположения  полюсов  магнита.

46. Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, индукция которого В, действует сила, пропорциональная силе тока и индукции магнитного поля:

F = BIlsina (a — угол между направлением тока и индукцией магнитного поля ). Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Если проводник имеет произвольную формулу и поле неоднородно, то Закон Ампера принимает вид:

F = I*B*l sina

Закон Ампера в векторной форме: dF = I [dl B]

Сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы dl и B.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.

47. Движение заряженных частиц в магнитном поле.

Кругообразное движение заряженных частиц в магнитном поле обладает важной особенностью: время полного обращения частицы по окружности (период движения) не зависит от энергии частицы. Действительно, период обращения равен

Подставляя сюда вместо r его выражение по формуле (3.6), имеем:

(3.7)

Частота же оказывается равной

48. Сила Лоренца. Магнитные свойства вещества.

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Сила Лоренца определяется соотношением:

F_л = q·V·B·sin

где q — величина движущегося заряда; V — модуль его скорости; B — модуль вектора индукции магнитного поля;  — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

где F — сила в ньютонах, I — ток в амперах, l — длина в метрах. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл)

где m0 — т.н. магнитная постоянная, имеющая универсальное значение 4pЧ10-7 Гн/м.

Напряжение и падение напряжения: сравнительный анализ —

By Кошики Банерджи

В этой статье показаны ключевые различия между напряжением и падением напряжения. Мы часто называем напряжение и падение напряжения одними и теми же объектами. Но дело в том, что они разные и обладают уникальными атрибутами.

Вот основные различия между напряжением и падением напряжения.

параметры	напряжение	Падение напряжения
Определение	Напряжение — это электрическое давление, которое заставляет заряженные электроны течь из одного места в другое через проводящий материал. Мы также можем сказать, что напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками цепи.	Падение напряжения также является величиной, связанной с напряжением, но это не совсем то же самое, что и напряжение. Падение напряжения — это разность потенциалов, возникающая при наличии какого-либо препятствия в цепи, такого как резистор, катушка индуктивности или конденсатор. Это потерянное напряжение.
Значение в DC	В однонаправленном постоянном токе, согласно закону Ома, напряжение является простым произведением силы тока и сопротивления. Постоянное напряжение постоянно.	Падение постоянного напряжения — это разность потенциалов от одной точки к другой, когда постоянный ток проходит через какой-либо резистивный компонент между точками.
Значение в переменном токе	Переменный ток течет в двух направлениях или меняет свою полярность в течение определенного периода времени. Из-за этого изменения периодически менялось и напряжение. Это произведение тока и импеданса.	Концепция падения напряжения переменного тока аналогична падению напряжения постоянного тока. Точно так же, как напряжение переменного тока, падение напряжения переменного тока учитывает импеданс в цепи, а не только сопротивление.
Расчет	Напряжение рассчитывается по закону Ома путем умножения силы тока и сопротивления. В емкостных и индуктивных цепях наряду с сопротивлением учитываются также емкость и индуктивность.	Расчет падения напряжения аналогичен расчету напряжения, поскольку он является частью самого напряжения. Просто в цепи падение напряжения относится только к падениям, происходящим из-за реактивных сопротивлений, но не к напряжению питания или источника.
Анализ эффективности	Напряжение измеряется аналоговым или цифровым вольтметром или мультиметром.	Поскольку падение напряжения представляет собой часть чистого напряжения, оно измеряется тем же прибором, который используется для измерения напряжения.

Мультиметр для измерения напряжения и падения напряжения; Кредиты изображений: Википедия

Когда напряжение и падение напряжения могут совпадать?

Напряжение и падение напряжения немного отличаются друг от друга. Когда мы говорим о зависимости напряжения от падения напряжения на любом компоненте, таком как резистор, конденсатор или катушка индуктивности в цепи, это то же самое, что и напряжение на нем. 

Предположим, есть два резистора в последовательной конфигурации. В цепь подается напряжение источника. Напряжение — это напряжение питания, а также напряжения через отдельные резисторы. Но отдельные напряжения будут единственными падениями напряжения в цепи. Это относится как к цепям постоянного тока, так и к цепям переменного тока, таким как цепи RC, LR или RLC.

Напряжение и падение напряжения: часто задаваемые вопросы

Электрический потенциал против напряжения

Электрический потенциал известен как энергия на единицу заряда, полученная или потерянная, когда любой заряд течет из определенной точки с нулевым электрическим потенциалом. Напряжение – это разность потенциалов между любыми двумя точками.

Возьмем пример. Предположим, что потенциал произвольной точки P относительно фиксированной точки B равен 100 вольт, а потенциал точки Q называется 120 вольт. Тогда напряжение или разность потенциалов между точками P и Q составляет (120-100) = 20 вольт. Здесь 100 вольт и 120 вольт — это электрические потенциалы, а 20 вольт — это напряжение. 

Напряжение в зависимости от падения напряжения в цепи

Каковы причины падения напряжения в цепи?

Напряжение — очень важное свойство заряда. Это движущая сила, которая перемещает электроны из одной точки в другую и меняет величину. Напряжение генерируется за счет электрохимической реакции или магнитной индукции.

Падение напряжения обычно вызвано влиянием резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности в цепи. Когда ток протекает через замкнутую цепь, в которой есть эти реактивные элементы, напряжение питания уменьшается, когда ток встречается с любым элементом. Чем больше реактивное сопротивление, тем больше падение напряжения.

Почему стоит беспокоиться о падении напряжения?

9 марта 2022 г. Мэри Гэннон Оставить комментарий

Фрэнсис Ричардс, автор

Проще говоря, чрезмерное падение напряжения может снизить эффективность работы двигателей, осветительных приборов, приборов и другого электрического оборудования. Если при прохождении по проводам теряется слишком много напряжения, оборудование может работать неправильно или вообще не работать. Для определенного оборудования, такого как насосы, большие двигатели или машины, использующие компрессоры, даже небольшая потеря напряжения может быть проблематичной. Имейте в виду, что падение напряжения также приводит к выделению тепла, которое может накапливаться в проводах или кабелях и повреждать изоляцию, что в конечном итоге приводит к проблемам безопасности, таким как пожар и поражение электрическим током. Давайте рассмотрим четыре основных фактора, влияющих на падение напряжения, и то, как удержать его на приемлемом минимуме, определяемом Национальным электротехническим кодексом (NEC) как 5% в самой дальней розетке ответвленной проводной цепи. Например, в цепи 120 В/15 А падение напряжения не должно превышать 6 В (до 114 В) на самом дальнем выходе при полной нагрузке цепи.

Когда ток проходит по проводу, он толкается электрическим потенциалом или напряжением, которое должно превышать определенный уровень противодействующего давления самого провода. Падение напряжения определяется как величина потери электрического потенциала, вызванная противоположным давлением провода. Четыре основные переменные, влияющие на падение напряжения, включают материал проводки, диаметр и длину, а также величину пропускаемого тока. Токонесущая способность провода часто называется токовой нагрузкой, что означает емкость в амперах.

Большинство производителей кабелей предлагают бесплатный калькулятор падения напряжения на своих веб-сайтах. Это взято с сайта calculate.net.

Что касается материала проводки, то широко используются медь и алюминий благодаря их отличной электропроводности и относительно низкой цене по сравнению с более дорогими вариантами, такими как серебро или золото. Медь будет испытывать меньшее падение напряжения, чем алюминий, при той же длине и диаметре провода, поскольку медь является лучшим проводником. Далее, больший размер провода (диаметр) будет иметь меньшее падение напряжения, чем меньший размер той же длины. Длина провода также является ключевым фактором. Более короткий провод будет иметь меньшее падение напряжения, чем более длинный провод того же диаметра. Наконец, количество переносимого тока будет влиять на уровень падения напряжения. Увеличение тока приводит к увеличению падения напряжения, но насколько сильно это зависит от емкости провода, которая, в свою очередь, зависит от таких переменных, как материал провода и температура.

Одним из самых простых способов уменьшить падение напряжения является увеличение размера (диаметра) ваших проводов или кабелей, что снизит сопротивление по всей длине провода. Учтите, что медный или алюминиевый кабель большего диаметра повысит стоимость, поэтому обязательно рассчитайте падение напряжения, чтобы выбрать провод нужного сечения. Онлайн-калькуляторы падения напряжения и производители проводов — хорошее место для начала.

Рубрики: Основы, Синхронизация DW, Рекомендуемые

Что такое падение напряжения? | IEWC.com

Надежность может быть не осязаемым элементом, который устанавливается рядом с новой печью или подключается к портовому крану, но, тем не менее, это важный «аксессуар», который может означать разницу между сверхурочной работой и потерянным временем; наличие и отсутствие на складе; идеальная подгонка и ремонт. Пометка «ненадежный» может означать крах для бизнеса, независимо от того, что вы производите, устанавливаете или обслуживаете. Вот почему так важно понимать простые, но часто упускаемые из виду проблемы, такие как падение напряжения в приложениях продукта.

Что такое падение напряжения?

Падение напряжения — это падение напряжения в электрической цепи между источником и нагрузкой. Провода, несущие электричество, имеют внутреннее сопротивление или импеданс протеканию тока. Падение напряжения — это величина потери напряжения в цепи из-за этого импеданса.

Чтобы оборудование работало должным образом, к нему должно подаваться необходимое количество энергии, которая измеряется в ваттах и ​​рассчитывается путем умножения силы тока (ампер) на напряжение (вольт). Двигатели, генераторы, инструменты — все, что работает на электричестве, рассчитано на мощность. Правильное количество энергии позволяет оборудованию соответствовать расчетной номинальной мощности и работать эффективно. Слишком большое или недостаточное количество энергии может привести к неэффективной работе, расточительному использованию энергии и даже к повреждению оборудования. Вот почему понимание расчеты падения напряжения и выбор правильного кабеля для каждого приложения очень важны.

В Национальном электротехническом кодексе (NEC) перечислены требования к безопасным электрическим установкам, и он представляет собой основной документ для руководства в США. Указания как для обученных специалистов, так и для конечных пользователей, эти нормы закладывают основу для проектирования и проверки электрических установок. Итак, как Кодекс рассматривает проблемы с падением напряжения ? Для параллельных цепей см. NEC (NFPA 70), раздел 215.2(A)(3), сноска 2, и раздел 210.19.(A)(1) сноска 4. В обеих рекомендациях рекомендуется, чтобы размеры проводников от фидеров к жилым помещениям не превышали 3% падения напряжения, а максимальное общее падение напряжения как на фидерах, так и ответвлениях не должно было превышать 5% для «разумной эффективности работы». ».

Кроме того, обращайтесь к NEC (NFPA 70) Раздел 647.4 (D) при работе с чувствительным электронным оборудованием. В нем указано, что падение напряжения на любой ответвленной цепи не должно превышать 1,5%, а суммарное падение напряжения на ответвленной и фидерных проводах не должно превышать 2,5%. Важно отметить, что большая часть производимого сегодня оборудования содержит электронику, которая особенно чувствительна к чрезмерному падению напряжения.

Амплитуда, пропускная способность кабеля по электрическому току, также связана с падением напряжения. В Кодексе подчеркивается важность учета падения напряжения при рассмотрении номинальной токовой нагрузки кабеля и необходимость выполнения обоих требований. В разделе 310.15 (A)(1) NEC указано, что в таблицах токов не учитывается падение напряжения.

Как рассчитывается падение напряжения?

Для постоянного тока падение напряжения пропорционально величине протекающего тока и сопротивления провода. В цепях переменного тока также необходимо учитывать общий импеданс и коэффициент мощности (коэффициент потерь мощности). Поскольку сопротивление провода зависит от размера провода, материала и длины провода, важно выбрать правильный размер провода для длины провода, чтобы поддерживать падение напряжения на желаемом уровне.

Используйте следующую таблицу расчета падения напряжения , чтобы упростить расчеты падения напряжения.

Эта таблица упрощает расчет проектного падения напряжения. Например, предположим, что ваш проект включает в себя 100-футовую трассу провода 12/3 SOOW, линейный ток 12 ампер для оборудования, линейную цепь 120 вольт переменного тока, 3 фазы, коэффициент мощности 100%. Согласно расчетной таблице коэффициент равен 3190. Далее умножьте ток x расстояние (футы) x коэффициент: 12 x 100 x 3190 = 3 828 000. Наконец, поместите десятичную дробь перед последними шестью цифрами, и результатом будет потеря вольт или падение напряжения, которое в этом примере равно 3,8 вольт (3,2% от общего напряжения).

Поэтому, чтобы обеспечить надежность ваших продуктов, установок или обращений в службу поддержки, обязательно учитывайте падение напряжения при выборе кабеля. Хотя это в первую очередь неприятная проблема, падение напряжения может повлиять на эффективность оборудования, энергопотребление и привести к потенциальному повреждению чувствительной электроники и других систем. К счастью, этих проблем легко избежать, особенно если вы полагаетесь на нормы и стандарты NEC, относящиеся к падению напряжения: каждый из них дает полезные рекомендации по обеспечению успеха вашего приложения.

Выбрав кабель с правильными характеристиками падения напряжения, вы оптимизируете работу подключенного оборудования, повысите эффективность и предотвратите повреждение оборудования. И это довольно хорошая отдача, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Размер провода	Коэффициент мощности %	90AC Однофазный80	Трехфазный переменный ток	DC
14 AWG	100	5880	5090	5880
	90	5360	4640
	80	4790	4150
	70	4230	3660
	60	3650	3160
12 AWG	100	3690	3190	3690
	90	3380	2930
	80	3030	2620
	70	2680	2320
	60	2320	2010
10 AWG	100	2320	2010	2820
	90	2150	1861
	80	1935	1675
	70	1718	1487
	60	1497	1296
8 AWG	100	1462	1265	1462
	90	1373	1189
	80	1248	1081
	70	1117	969
	60	981	849
6 AWG	100	918	795	918
	90	882	764
	80	812	703
	70	734	636
	60	653	565
4 AWG	100	578	501	578
	90	571	494
	80	533	462
	70	489	423
	60	440	381
2 AWG	100	367	318	363
	90	379	328
	80	361	313 ​​
	70	337	292
	60	309	268
1 AWG	100	291	252	288
	90	311	269
	80	299	259
	70	284	246
	60	264	229
1/0 AWG	100	233	202	229
	90	257	222
	80	252	218
	70	241	209
	60	227	106
2/0 AWG	100	187	162	181
	90	213	184
	80	212	183
	70	206	178
	60	196	169
3/0 AWG	100	149	129	144
	90	179	155
	80	181	156
	70	177	153
	60	171	148
4/0 AWG	100	121	104	114
	90	152	131
	80	156	135
	70	155	134
	60	151	131
250 тыс. смил	100	102	89	97
	90	136	117
	80	143	123
	70	143	124
	60	141	122
300 тыс.смил	100	86	75	81
	90	121	104
	80	128	111
	70	131	113
	60	130	113
350 тыс.смил	100	74	64	69
	90	109	95
	80	118	102
	70	122	105
	60	122	106
400 тыс. смил	100	66	57	60
	90	101	88
	80	111	96
	70	115	99
	60	116	101
500 тыс.смил	100	54	47	48
	90	89	78
	80	99	86
	70	105	91
	60	108	93
600 тыс.смил	100	47	41	40
	90	83	72
	80	93	81
	70	99	86
	60	103	89
750 тыс. смил	100	39	34	32
	90	75	65
	80	86	75
	70	93	81
	60	97	84
1000 тыс.смил	100	31	27	24
	90	67	58
	80	79	68
	70	86	75
	60	91	78

Этот ресурс дополняет General Cable

Штаб-квартира General Cable находится в Хайленд-Хайтс, штат Кентукки, и является мировым лидером в разработке, проектировании, производстве, маркетинге и распространении алюминиевых, медных и оптоволоконных проводов и кабельной продукции для энергетическом, коммуникационном, транспортном, промышленном, строительном и специальном сегментах.