Электроника на пальцах / Хабр
Пытался объяснить дочке. Сегодня ехал с работы и придумал, как объяснить доходчиво.
Электрический ток течет по проводам так же, как вода — по трубам. Если в кране воду закрыть, она давит на клапан — в электрическом мире это — «напряжение». В данном случае раковина — это как бы «земля» в электрическом мире. Если же представлять себе двухполярную систему, с минусом и плюсом, то тогда это труба, перекрытая посередине перегородкой, а давление нарастает не только с одной стороны, но и падает с другой. Перегородка в какой-то момент не выдерживает — это электрический «пробой». Источник напряжения — это что-то, создающее давление.
Ток — это в нашей аналогии скорость движения воды в трубе. Чем быстрее движется вода, тем больше ток. Если кран перекрыт — вода не движется, вне зависимости от того, какое «на входе» будет давление (=напряжение). Поэтому птицы свободно сидят на проводах и их не бьет током — току просто некуда уйти.
Аналогом сопротивления может быть ржавчина внутри трубы. Короче, это что-то такое, что мешает воде нормально перемещаться. Этого может быть очень много и тогда труба превращается в диэлектрик. Диэлектрики бывают разные — какие-то пропускают ток плохо, какие-то очень плохо. Кстати, оффтопик: обычная дистиллированная вода — диэлектрик.
Понять, как проводят ток два параллельно или последовательно соединенных сопротивления можно, представив вот такие засоренные трубы, поставленные параллельно или последовательно. Представим себе одну сильно засоренную трубу и одну пустую. Куда пойдет вода? В основном по пустой.
И ток так же. А если их соединить последовательно? вода все равно не сможет пройти с большей скоростью через пустую трубу, так как там дальше мешает засоренная. Мы помним, что ток — это тут скорость воды.
Также можно вспомнить, как устроена лампочка? Это просто очень плохо проводящий тонкий проводник. Фактически, очень тонкая засоренная труба в нашей аналогии. Когда по такому идет очень мощный водный поток, он нагревает трубу. В лампочке нагрев происходит такой, что нить светится. Энергия тока превращается в тепло. Но что происходит с током на «выходе»? В аналогии с водой падает скорость, да, и ток в цепи тоже падает. Здесь появляется понятие мощности. Чем мощнее источник тока (в аналогии с водой накачивающий мотор), тем меньше будет потеря скорости (тока). Вспомним гирлянду — там много-много маленьких лампочек и часто никакого преобразователя тока нет, сразу в розетку суется. Каждую отдельную лампочку просто разорвет от 220 вольт, потому что мощность будет такова, что ток разогреет ее нить в доли секунды до температуры выше температуры плавления.
Что такое диоды? Это клапаны, открывающиеся только в одну сторону. Если вода идет только в одну сторону, то прямо поставленный диод пропускает ток-воду, а обратно — блокирует. Клапан в данном случае китайский выходит — все-таки чуть-чуть пропускает.
Что такое переменный ток? Для постоянного тока «батарея» толкает на плюсе воду, а на минусе всасывает, в итоге ток может идти по цепи в понятном направлении. Переменный ток — это когда плюс и минус меняются местами. В розетке они меняются туда-сюда 50 раз в секунду.
Минус в аналогии в том, что в отличии от воды в трубах, с током нет перемещения вещества. Никакие молекулы там никуда не движутся. Передается информация — заряд.
Также этой аналогией непросто объяснить полупроводники и конденсаторы (хотя последние более-менее можно).
Может ли стабилизатор напряжения экономить электричество?
- Может ли реально стабилизатор дать экономию электрической энергии?
-
Может ли стабилизатор напряжения экономить электричество? Делаем вывод на основе «школьной» и «не школьной» физики
Вопрос на первый взгляд простой. Ответ напрашивается сам — «конечно нет», ведь закон сохранения энергии никто не отменял. Но давайте попробуем разобраться внимательней.
Стабилизатор напряжения — прибор, предназначенный для стабилизации напряжения электрической сети. Изучаем вопрос на основе «школьной» физики. Рассмотрим различные ситуации с напряжением в сети.
Допустим в сети — ровно 220 Вольт. В этом случае стабилизатор работает как трансформатор с коэффициентом трансформации «единица». Но стабилизатор — прибор не идеальный, он имеет внутреннее сопротивление, а значит имеет небольшие потери энергии на выделяемое тепло.
Вывод: в случае нормального входного напряжения использование стабилизатора приводит к потери электроэнергии, дать экономию он не может.
Рассмотрим вариант, когда в сети пониженное напряжение, к примеру 190 Вольт. Мы включаем стабилизатор. И, о чудо — на выходе 220 Вольт. Получили 190 Вольт, сделали 220 Вольт, все приборы в доме работают хорошо. Холодильник работает хорошо, чайник быстро греет воду. И все работает от 190 Вольт. Возможно мы получили экономию электричества? К сожалению, нет. Для питания необходимой нагрузки стабилизатор использует большую силу тока на входе, работает закон сохранения энергии. Сила тока на входе будет больше номинальной мощности питаемых приборов пропорционально падению напряжения внешней сети.
Рассмотрим вариант, когда в сети повышенное напряжение, к примеру 250 Вольт. Мы включаем стабилизатор. На выходе прибора теперь 220 вольт. Все приборы в доме работают хорошо. Холодильник работает хорошо, чайник быстро греет воду. Но теперь все работает от 250 Вольт. Возможно мы получили большой перерасход электричества? К счастью, нет. Для питания необходимой нагрузки стабилизатор использует меньшую силу тока на входе, работает закон сохранения энергии . Сила тока на входе будет меньше номинальной мощности питаемых приборов пропорционально повышению напряжения внешней сети. Однако сам стабилизатор будет так же потреблять небольшую часть энергии.
Мы рассмотрели все возможные случае значения напряжения в сети и пришли к выводу, что с точки зрения школьного курса физики экономии энергии быть не может, а значит экономии нет. То есть стабилизатор напряжения не может экономить электроэнергию.
Можно было бы закончить на этом свою статью, но я постараюсь изучить вопрос глубже.
Изучаем вопрос на основе «не школьной» физики. Ясно, что стабилизатор не может дать больше электроэнергии, чем получает на входе. Оспаривать действие закона сохранения энергии я не буду. Однако, на мой взгляд использование стабилизатора напряжения реально дает экономию электроэнергии. И вот почему. Все дело в эффективности работы самих потребителей. Все электрические приборы проектируются для использования при нормальных значениях параметров тока. И именно при нормальном напряжении они имеют максимальный КПД (коэффициент полезного действия).
Рассмотрим конкретные примеры.
Освещение. Все наблюдали, что при пониженном напряжении лампочки накаливания светят очень тускло. При напряжении в 180 Вольт яркость свечения лампы падает в два раза. Значит для освещения комнаты нужно будет включить еще одну лампу. При этом энергия, конечно, не пропадает, просто большая часть ее уйдет в выработку тепла.
Холодильник. При пониженном напряжении холодильник работает плохо, часто запускает компрессор, долго его не выключает. При очень низком напряжении может часто отключаться, так и не набрав «холода». При пониженном напряжении плохо работает электродвигатель компрессора. Как следствие, давление хладагента не достаточно для эффективной теплоотдачи.
Чайник. Более простого устройства не найти. Но и чайник не любит пониженного напряжения. Хотя нет. Чайнику, в принципе, «всё ровно». Мы не любим, когда вода в чайнике греется пол часа или вовсе не нагревается до нужной температуры. Пропадает ли здесь электроэнергия? Конечно, нет. Просто при медленном нагреве чайник успевает отдать больше тепла окружающей среде. То есть чайник работает и как тепловой радиатор.
Использование стабилизатора в этом случае дает реальную экономию электроэнергии на нагревание.
Вибрационный насос. Повышенное напряжение приведет к тому, что с большей силой якорь магнита будет ударяться о корпус насоса. Да, звук работы насоса станет громче, но будет ли он качать больше воды.
Нет, частота работы будет та же, и объем поршня тоже не вырастет. КПД насоса в этом случае упадет. При пониженном напряжении насос будет работать менее эффективно, возможно упадёт производительность (вплоть до полной остановки). При пониженном напряжении увеличиться сила тока в обмотках электромагнита насоса, что приведёт к его перегреву.
Итак. Подведем общий итог рассуждений.
Может ли стабилизатор напряжения экономить электричество? Делаем вывод на основе «школьной» и «не школьной» физики
С точки зрения простой физики стабилизатор не может дать экономию потребляемой электроэнергии. И это так.
Но с точки зрения необходимости выполнить полезную работу, использование стабилизатора напряжения может дать экономию электроэнергии, необходимой для выполнения единицы работы.
Так в этом случае стабилизатор напряжения приводит к сокращению потерь питаемых электрических приборов.
Закончить статью хотелось бы эпизодом из мультфильма. «Холодильник, который мы на прокат берем, он наш или государственный? Холодильник — государственный. А холод, который он дает? А холод — наш, мы его ради холода и берём!»
Вот и с электроэнергией — так же. Для нас важнее сколько энергии пойдёт на производство холода, а не сколько энергии потребит всего холодильник. Если в итоге на выработку единицы холода электроэнергии пошло меньше, значит стабилизатор напряжения может экономить электричество.
Подробные характеристики современных стабилизаторов напряжения Российской компании «Бастион» вы найдёте в разделе стабилизаторы напряжения и в разделе стабилизаторы для котлов.
Читайте также:
- Стабилизатор напряжения 220 В для дома и дачи
- Сколько служит стабилизатор напряжения
- Выбираем бытовой стабилизатор напряжения
электрическая цепь — Студенты | Britannica Kids
Введение
© Индекс Открыть Электрическая цепь – это путь для передачи электрического тока.
Когда электрический ток движется по цепи, электрическая энергия в токе передается устройствам, которые преобразуют ее в другие формы энергии, которые могут выполнять работу, например, обеспечивая питание для освещения, приборов и других устройств.
Понимание токовых и электрических цепей имеет решающее значение для понимания того, как работает электричество. Электрический ток представляет собой поток заряженных частиц, включая электроны, протоны и ионы. Ток описывается как постоянный или переменный, в зависимости от того, как заряды перемещаются по цепи. В постоянном токе (DC) электрические заряды всегда движутся по цепи в одном направлении. В переменном токе (AC) заряды пульсируют вперед и назад много раз в секунду, когда ток проходит через цепь. Для подробного обсуждения электрического тока, см. электричество.
Электрические цепи могут быть простыми или сложными, но все цепи состоят из трех основных компонентов: провода, по которым проходит ток по цепи; устройство, такое как лампа или двигатель, использующее ток для выполнения какой-либо работы; и источник питания, такой как батарея или генератор.
Дома и другие крупные здания получают электроэнергию от электричества, вырабатываемого генераторами на электростанции. ( См. электроэнергия.)
Interactive
Британская энциклопедия, Inc.Чтобы цепь работала, все ее части должны быть соединены. Когда все части соединены, цепь замыкается и ток течет свободно. Когда часть не подключена, цепь разомкнута и ток прекращается. Переключатель можно использовать для включения и выключения тока в цепи. Щелчок на выключателе лампы замыкает цепь. Это позволяет току течь свободно и лампа загорается. Выключение выключателя разрывает или размыкает цепь — ток прекращается, и лампа гаснет.
Последовательные и параллельные схемы
Encyclopædia Britannica, Inc.Существует два основных типа электрических цепей — последовательные и параллельные.
Цепь серии Encyclopædia Britannica, Inc. Последовательная цепь состоит из единственного пути, по которому может течь электричество. Все части последовательной цепи — источник питания, провода и устройства — соединены одним и тем же путем; устройства подключаются друг за другом, без ответвлений.
Ток проходит через одно устройство, затем через другое и так далее.
Величина тока одинакова в каждой точке последовательной цепи. Однако величина тока для каждого устройства в последовательной цепи уменьшается по мере добавления в цепь большего количества устройств. Например, когда вы добавляете лампы в последовательную цепь, каждая лампа будет гореть тусклее, чем раньше. Чем больше источников света добавлено, тем меньший ток доступен для каждого источника света. Однако ток никогда не «расходуется» в последовательной цепи, независимо от количества добавляемых устройств.
Если одно устройство в последовательной цепи перегорает или отключается, вся цепь разрывается — ток прекращается, и все устройства перестают работать. Последовательные схемы чаще всего используются в фонариках, праздничных огнях и других простых устройствах.
Параллельная цепь
Параллельная цепь содержит несколько путей или ответвлений. Каждое устройство в параллельной цепи находится на отдельной ветке.
Ток, протекающий по параллельной цепи, делится, достигая каждой ветви. Поскольку через каждую ветвь протекает только часть полного тока, величина тока различна в разных точках параллельной цепи.
Ток в каждой ветви параллельной цепи отдельный; поэтому добавление ветвей (и устройств) не влияет на количество тока, доступного для каждой ветви. Каждый источник света, который вы добавляете в параллельную цепь, будет светиться так же ярко, как и другие, пока каждый новый источник света добавляется в свою собственную ветвь.
Поскольку каждая ветвь в параллельной цепи отделена от других ветвей, устройство в одной ветви может быть включено или выключено, не затрагивая остальные. Если одно устройство в параллельной цепи выйдет из строя или будет отключено, устройства в других ветвях продолжат работать. Параллельные цепи используются дома, в школах, офисах — везде, где важно поддерживать работу нескольких устройств, даже если одно из них перегорает.
Измерение электроэнергии
Электрическую энергию в цепи можно измерить как по току, так и по напряжению.
Ток — это скорость, с которой заряд течет по цепи, тогда как напряжение измеряет, насколько силен этот заряд в данной точке. Аналогией тока и напряжения является вода, протекающая по трубе: ток аналогичен показателю того, сколько воды проходит по трубе в секунду; напряжение похоже на меру того, насколько сильно вода проталкивается через заданную точку.
Электрический ток измеряется как количество заряда (количество заряженных частиц), протекающего через точку цепи в секунду. Ток измеряется в амперах или амперах с помощью амперметра; символ ампер — A. Один ампер равен 6,25 × 10 18 заряженных частиц, проходящих через цепь в секунду.
Для измерения тока в цепи амперметр подключают последовательно с устройством в цепи. Чем больше заряда (частиц) протекает между прибором и амперметром, тем больше ток.
Напряжение — это мера силы тока в цепи. Это то, что «проталкивает» ток через цепь к устройству. В частности, напряжение измеряется как разница в электрической энергии между двумя точками цепи.
Напряжение измеряется в единицах вольт с помощью вольтметра; символ вольта – В.
Для измерения напряжения, достигающего устройства в цепи, параллельно устройству подключается вольтметр. Чем больше разница в количестве электрической энергии между точками подключения, тем сильнее напряжение устройства.
Основы электроники: основы электричества
Авторы: Дуг Лоу и
Обновлено: 26 марта 2016 г. электроники, вы должны сначала понять, что такое электричество. В конце концов, вся цель электроники состоит в том, чтобы заставить электричество делать полезные и интересные вещи.
Понятие электричества одновременно знаком и загадочен. Все мы знаем, что такое электричество, или, по крайней мере, имеем приблизительное представление, основанное на практическом опыте. В частности, обратите внимание на эти точки:
Мы хорошо знакомы с электричеством, которое течет по проводам.
Это электричество поступает от электростанций, которые сжигают уголь, ловят ветер или используют ядерные реакции.Он идет от электростанций к нашим домам по большим кабелям, подвешенным высоко в воздухе или закопанным в землю. Как только он попадает в наши дома, он проходит по проводам сквозь стены, пока не доберется до электрических розеток. Оттуда мы подключаем шнуры питания, чтобы подавать электричество к электрическим устройствам, от которых мы зависим каждый день.
Мы знаем, что электричество не бесплатно.
Мы знаем, что электричество можно хранить в батареях. Когда батареи умирают, все их электричество исчезает.
Мы знаем, что некоторые виды батарей являются перезаряжаемыми , а это означает, что когда они полностью разряжены, в них можно вернуть больше электроэнергии, подключив их к зарядному устройству, которое передает электроэнергию от электрической розетки. в батарею.
Мы знаем, что электричество можно измерить в вольт .
Бытовая электроэнергия 120 вольт (сокращенно 120 В). Батарейки для фонарика 1,5 вольта. Автомобильные аккумуляторы на 12 вольт.Мы также знаем, что электричество можно измерить в Вт . Лампы накаливания обычно имеют мощность 60, 75 или 100 Вт. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) имеют несколько меньшую мощность. Микроволновые печи и фены имеют мощность 1000 или 1200 Вт.
Мы также можем знать, что есть третий способ измерения электричества, называемый ампер . Типичная бытовая электрическая розетка имеет силу тока 15 ампер (сокращенно 15 А).
И, наконец, мы знаем, что электричество может быть очень опасным.
Это электричество поступает от электростанций, которые сжигают уголь, ловят ветер или используют ядерные реакции.
Бытовая электроэнергия 120 вольт (сокращенно 120 В). Батарейки для фонарика 1,5 вольта. Автомобильные аккумуляторы на 12 вольт.Но что такое электричество на самом деле? Начнем с трех основных понятий электричества: электрического заряда , электрического тока и .электрическая цепь .
Электрический заряд относится к фундаментальному свойству материи, которое даже физики не до конца понимают.
Достаточно сказать, что две мельчайшие частицы, из которых состоят атомы, — протоны и электроны — являются носителями электрического заряда. Есть два типа заряда: положительный и отрицательный . Протоны имеют положительный заряд, электроны — отрицательный.Электрический ток относится к потоку электрического заряда, переносимого электронами, когда они перескакивают с атома на атом. Электрический ток — очень знакомая концепция: когда вы включаете выключатель, электрический ток течет от выключателя по проводу к свету, и комната мгновенно освещается.
Электрический ток течет легче в одних типах атомов, чем в других. Атомы, которые легко пропускают ток, называются проводниками , тогда как атомы, которые не пропускают ток, называются изоляторы .
Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, состоящий из проводников и других электрических элементов, по которым может протекать электрический ток.
Достаточно сказать, что две мельчайшие частицы, из которых состоят атомы, — протоны и электроны — являются носителями электрического заряда. Есть два типа заряда: положительный и отрицательный . Протоны имеют положительный заряд, электроны — отрицательный.
