Основные электрические величины и способы их измерения — Электричество — Комплексные работы
6 апреля 2012К основным электрическим величинам электрической цепи относятся сила тока, напряжение и сопротивление.
Сила тока
Под силой тока понимают электрический заряд, проходящий через поперечное сечение провода в единицу времени. Пользуясь выражениями «сила тока», «сильный ток», «слабый ток», мы должны знать, что означают эти выражения.
Выражение «сильный ток» означает, что по цепи в единицу времени протекает большой электрический заряд. Выражение «слабый ток» означает, что протекающий по цепи заряд малый. Единица измерения силы тока — ампер (сокращенно а).
Силу тока измеряют приборами, называемыми амперметрами.
Амперметр
На шкале амперметра, градуированной в амперах, обычно ставят букву А. Силу тока отсчитывают по показаниям стрелки, которая перемещается по шкале от нулевого деления. Включают амперметр в цепь при помощи двух его зажимов. У одного зажима стоит знак плюс ( + ), у другого — минус ( — ). Зажим со знаком «+» обязательно соединяют с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, в котором нужно измерить ток.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение — это величина, являющаяся причиной возникновения тока. Чтобы ознакомиться с напряжением, проделаем такой опыт. Составим электрическую цепь, в которой приемником служит лампочка от карманного фонаря, а источником тока — аккумуляторная батарея.
Лампочка от карманного фонаря, включенная в цепь с аккумуляторной батареей
Составим другую электрическую цепь, источником тока в которой будет городская осветительная сеть. В эту сеть включим лампу, используемую для освещения помещения.
Лампа накаливания, включенная в электросеть
Измерив силу тока амперметром, увидим, что ток в обеих цепях будет приблизительно одинаковый, однако лампа, включенная в городскую сеть, дает гораздо больше света, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется это тем, что при равных токах электрические напряжения на лампочках разные. Лампочка от карманного фонаря горит при низком напряжении, а лампа — при большем напряжении.
Напряжение электрического тока измеряют в вольтах (сокращенно в).
Измеряют напряжение приборами, называемыми вольтметрами.
| Вольтметр |
На шкале вольтметра ставят букву V. Один зажим вольтметра обязательно соединяют с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Вольтметр включают в цепь не последовательно с лампочкой, а так, как показано на рисунке ниже.
Включение вольтметра в цепь
а — электрическая схема.
Зажимы вольтметра присоединяют к точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое включение прибора называют параллельным.
Электрическое сопротивление
Под электрическим сопротивлением понимают сопротивление проводников прохождению электрического тока. Электрическое сопротивление зависит от материала, длины, площади поперечного сечения или толщины проводника.
Разные металлы по-разному проводят электричество: одни — лучше, другие — хуже.
Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. Чем толще проводник, тем меньше сопротивление.
Единицу сопротивления называют омом (ом). 1 ом — это сопротивление такого проводника, в котором сила тока составляет 1 а при напряжении 1 в.
Вопросы
- Назовите основные электрические величины.
- Что понимают под силой тока и каким прибором измеряют силу тока?
- Что понимают под электрическим напряжением и каким прибором измеряют напряжение?
- От чего зависит сопротивление проводника прохождению тока?
«Слесарное дело», И.Г.Спиридонов,
Г.П.Буфетов, В.Г.Копелевич
В штепсельную розетку при помощи штепсельных вилок включают в электрическую цепь переносные осветительные или соединительные шнуры электробытовых приборов. В основании из изоляционного материала штепсельной розетки укреплены два латунных гнезда, к которым присоединяют провода от электрической сети. Штепсельная розетка Штепсельная вилка состоит из корпуса с отверстием для шнура. В корпусе из изоляционного материала имеются металлические втулки…
В производственных помещениях, помимо выключателей, устанавливают общие рубильники. В больших домах рубильники позволяют отключить сразу целый участок электрической сети (например, этаж или группу квартир). В школе рубильники устанавливают в распределительных закрытых щитах учебных мастерских, где они служат для включения электродвигателей различных станков. Рубильники бывают: одно-, двух- и трехполюсные. Рубильники а — однополюсный; б — двухполюсный;…
Часто приходится присоединять провода электрического шнура к патрону, выключателю, штепсельной розетке и к зажимам электроприборов. Для этого концы подключаемых проводов чаще всего заделывают кольцом, если их надевают на болты, иногда — тычком, когда их вставляют в специальные втулки и крепят винтами. Заделка концов проводов а — кольцом; б — тычком. При заделке кольцом концы проводов…
Если прибор не работает, то следует: включением настольной или специальной контрольной лампы проверить, исправна ли штепсельная розетка; при исправной розетке проконтролировать включением той же лампы, не повреждены ли шнур прибора и контакты штепсельной вилки. Если штепсельные розетка и вилка, а также шнур исправны, поврежден сам прибор. Прибор может не действовать, если перегорел нагревательный элемент или…
Вещества, по которым передаются электрические заряды, называют проводниками электричества. Хорошие проводники электричества — металлы, почва, растворы солей, кислот или щелочей в воде, графит. Тело человека также проводит электричество. Из металлов лучшие проводники электричества серебро, медь и алюминий, поэтому провода электрической сети чаще всего делают из меди или алюминия. Вещества, по которым заряды не передаются, называют…
1) Основные понятия и величины, характеризующие электрические цепи
а) Понятия:
Электрической цепьюназывается совокупность устройств, предназначаемых для прохождения электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий напряжения и тока. В общем случае электрическая цепь состоит из источников и приемников электрической энергии и промежуточных звеньев (проводов, аппаратов), связывающих источники с приемниками.
Источниками электрической энергииявляются устройства (гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы), в которых происходит процесс преобразования химической, молекулярно-кинетической, тепловой, механической или другого вида энергии в электрическую.
Приемниками
электрической энергии (нагрузкой),
б) Величины:
Электрический ток и напряжение являются основными величинами, характеризующими состояние электрических цепей.
Электрический
токв проводниках представляет
явление упорядоченного движения
электрических зарядов. Под термином
«ток» понимают также интенсивность или
силу тока, измеряемую количеством
электрического зарядаq, прошедшего через, поперечное
сечение проводника в единицу времени:
Следовательно, ток представляет собой скорость изменения заряда во времени. В СИ заряд выражается в кулонах (Кл), время—в секундах (с), ток — в амперах (А).
Ток как отношение
двух скалярных величин является скалярной
алгебраической величиной, знак которой
зависит от направления движения зарядов
одного знака, а именно условно принятого
положительного заряда. Для однозначного
определения знака тока за положительное
направление достаточно произвольно
выбрать одно из двух возможных направлений,
которое отмечают стрелкой. 
Если движение положительного заряда происходит в направлении стрелки, а движение отрицательного заряда—навстречу ей, то ток положителен. При изменении направления движения зарядов на противоположный ток будет отрицательным.
Задать однозначно ток в виде некоторой функции времени можно только после указания выбранного положительного направления тока. Поэтому перед началом анализа на всех участках цепи необходимо отметить положительные направления токов, выбор которых может быть произвольным.
Прохождение электрического тока или перенос зарядов в цепи связаны с преобразованием или потреблением энергии. Для определения энергии, затрачиваемой на перемещение заряда между двумя рассматриваемыми точками проводника, вводят новую величину—
Напряжением называют количество энергии,
затрачиваемой на перемещение единицы
заряда из одной точки в другую:
,
гдеw—энергия.
При измерении энергии в джоулях (Дж) и заряда в кулонах (Кл) напряжение выражают в вольтах (В).
Напряжение как отношение двух скалярных величин также является скалярной алгебраической величиной. Для однозначного определения знака напряжения между двумя выводами рассматриваемого участка цепи одному из выводов условно приписывают положительную полярность, которую отмечают либо стрелкой, направленной от вывода, либо знаками « + »,«—
Н
апряжение
положительно, если его полярность
совпадает с выбранной; это означает,
что потенциал вывода со знаком « + », из
которого выходит стрелка, выше потенциала
второго вывода.
Перед началом анализа должны быть указаны выбранные положительные полярности напряжений — только при этом условии возможно однозначное определение напряжений.
Хотя условно положительную полярность напряжения можно выбирать произвольно, обычно удобно выбирать ее согласованной с выбранным положительным направлением тока, когда стрелки для тока и напряжения совпадают или знак « + » полярности напряжения находится в хвосте стрелки, обозначающей положительное направление тока. При согласованном выборе полярности, очевидно, достаточно ограничиться указанием только одной стрелки положительного направления тока.
Если возникает необходимость выбора положительной полярности напряжения, не согласованной с положительным направлением тока, то приходится указывать две встречно направленные стрелки: для тока и для напряжения. Это не очень удобно. Поэтому для обозначения условно положительной полярности будем применять знаки «+.», « —» у выводов участка цепи.
Из определения напряжения (1) получаем выражение энергии,затраченной на перемещение зарядаq на участке цепи с напряжениеми к моменту времениt.
.
Здесь суммируются все энергетические
процессы при действии напряжения,
начиная от t = —
∞, где энергия принимается равной
нулю, до рассматриваемого момента.
Дифференцирование этого равенства
по времени дает выражение скорости
изменения энергии во времени, т. е.
мощности, выражаемой в ваттах:
Мощностьв электрической цепи, равная произведению напряжения на ток, также является алгебраической величиной. Знак ее определяется знаками напряжения и тока: при совпадении этих знаков мощность положительна, что соответствует потреблению энергии в рассматриваемом участке цепи; при несовпадении знаков напряжения и тока мощность отрицательна, что означает отдачу ее из участка цепи (такой участок является источником энергии).
Измерение основных электрических величин
1. Измерение электрического тока
Электрический ток измеряется амперметром.
Если измеряемый ток не превышает пределов измерения данного амперметра, то его можно измерить включением амперметра непосредственно в цепь (рис. 1).
Для измерения больших токов используются шунты на постоянном токе (рис. 2) и трансформаторы тока на переменном токе (рис. 3).
Рис. 1. Схема включения амперметра непосредственно в цепь
Рис. 2. Схема включения амперметра с шунтом
Рис. 3. Схема включения амперметра с помощью трансформаторов тока: Л1, Л2 — зажимы первичной обмотки трансформатора тока; И1, И2 — зажимы вторичной обмотки трансформатора
2. Измерение электрического напряжения
Электрическое напряжение измеряется вольтметром.
Если измеряемое напряжение не превышает пределов измерения данного вольтметра, то оно может быть измерено путем непосредственного включения вольтметра в сеть (рис. 4).
Для расширения пределов измерения применяют добавочное сопротивление при измерении постоянного напряжения и трансформаторы напряжения (можно использовать и добавочное сопротивление) при измерении переменного напряжения (рис. 5 и 46).
Необходимо иметь в виду, что должно быть использовано то добавочное сопротивление, которое предназначено для данного вольтметра.
Рис. 4. Схема включения вольтметра непосредственно в цепь
Рис. 5. Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением
Рис. 6. Схема включения вольтметра с помощью трансформатора напряжения: А, Х — зажимы первичной обмотки трансформатора напряжения; а, х — зажимы вторичной обмотки трансформатора напряжения; ПР — плавкие предохранители
3. Измерение электрической мощности
Электрическая мощность измеряется ваттметром — прибором, имеющим две обмотки: токовую и напряжения (рис. 7).
Шкала ваттметра проградуирована в ваттах или киловаттах.
Расширение пределов измерения на постоянном токе по напряжению производится с помощью добавочных сопротивлений — шунтов. При измерениях на переменном токе расширение пределов производится с помощью трансформаторов тока и напряжения (рис. 8). При этом необходимо соблюдать правильность включения генераторных клемм (*) ваттметра.
Измерение мощности в трехфазных трехпроводных сетях производится с помощью двух однофазных ваттметров, включенных в две фазы по схеме (рис. 9). В трехфазных четырехпроводных сетях измерение активной мощности производится с помощью трех однофазных ваттметров (рис. 10) или одним трехэлементным ваттметром.
Расширение пределов измерения производится с помощью трансформаторов тока и напряжения. В этих же сетях для измерения мощности применяется трехфазный ваттметр (рис. 11).
Рис. 7. Схема включения однофазного ваттметра: 1 — последовательная (токовая) катушка; 2 — параллельная (напряжения) катушка; rg — добавочное сопротивление
Рис. 8. Схема включения ваттметра с помощью трансформаторов тока и напряжения
Рис. 9. Схема измерения активной мощности в трехфазной трехпроводной сети двумя ваттметрами: Робщ = Р1 + Р2
Рис. 10. Схема измерения активной мощности в трехфазной четырехпроводной сети тремя ваттметрами: Робщ = Р1 + Р2 + Р3
Рис. 11. Схема включения трехфазного ферродинамического ваттметра
4. Измерение электроэнергии
Выбор приборов. Учет электроэнергии в сетях переменного тока производится с помощью счетчика индукционной системы. Индукционные счетчики выпускаются в однофазном и трехфазном исполнении, причем последние бывают двух модификаций — для трехи четырехпроводной сети.
Измерение расхода активной и реактивной энергии в трехфазной сети может в принципе производиться счетчиками одного и того же типа при включении их по соответствующим схемам.
Чтобы исключить возможность неправильного подключения счетчика и обеспечить правильный учет расхода активной и реактивной энергии, промышленностью выпускаются специальные счетчики активной и реактивной энергии.
Для измерения в трехфазных сетях активной энергии применяются счетчики типов СА3, СА4, СА4У; реактивной энергии — СР3, СР4, СР4У. Цифра 3 в обозначении типа счетчика указывает, что он предназначен для трехпроводной сети, 4 — для четырехпроводной.
Счетчики типов СА4У, СР4У — универсальные, выполняются для включения только с измерительными трансформаторами. Концы обмоток тока и напряжения этих счетчиков выведены на отдельные изолированные друг от друга зажимы. Благодаря этому имеется возможность включать токовые цепи счетчиков активной и реактивной энергии на общие трансформаторы тока.
Остальные типы трехфазных счетчиков Ч трансформаторного и непосредственного (прямого) включения.
Для учета энергии в цепях однофазного тока используются счетчики типа СО. Счетчики активной энергии выпускаются классов точности 1,0; 2,0; 2,5; счетчики реактивной энергии — классов точности 2,0; 2,5; 4,0.
Погрешности измерений электроэнергии, требования к измерительным трансформаторам. При непосредственном включении счетчика в сеть погрешность измерения расхода электроэнергии определяется классом точности самого счетчика. Включение счетчика через измерительные трансформаторы вносит дополнительную погрешность, и точность измерений уменьшается.
Для учета электроэнергии применяются трансформаторы тока класса 0,2; 0,5; 1. Обеспечить необходимую точность измерений можно при условии, что сопротивление токовых катушек всех счетчиков и соединительных проводов, включенных во вторичную цепь, не превышает допустимую номинальную нагрузку трансформаторов тока.
Для ориентировочных расчетов следует принимать сопротивление токовой катушки счетчика равным 0,05 Ом, а сопротивление соединительных проводов — 0,2 Ом.
Рассчитанные из этих соображений наименьшие допустимые сечения соединительных проводов указанных цепей приведены в таблице.
Таблица 4.1. Наименьшие допустимые сечения проводов от трансформаторов тока к счетчикам
Длина провода в один конец, м | До 10 | 10—15 | 15—25 | 25—35 | 35—50 |
Наименьшее сечение медных проводов, мм2 | 2,5 | 4 | 6 | 8 | 10 |
Трансформаторы напряжения, работающие в цепях учета электроэнергии, должны быть класса 0,5. Для питания счетчиков применяются трехфазные и однофазные трансформаторы напряжения. Последние включаются в звезду или по схеме открытого треугольника. Для защиты трансформаторов напряжения предохранители устанавливаются в цепь первичной высоковольтной обмотки; в цепь вторичной обмотки, питающей счетчики, ставить предохранители запрещается. Вторичные обмотки и корпус трансформаторов напряжения заземляются, также заземляются вторичные обмотки трансформаторов тока (одноименные зажимы). Класс точности счетчиков и измерительных трансформаторов, предназначенных для целей коммерческого и технического (контрольного) учета, должен быть
не ниже указанного в таблице.
Таблица 4.2. Выбор классов точности счетчиков и измерительных трансформаторов
Наименование счетчиков | Счетчики непосредственного включения | Счетчики, включаемые через разделительные трансформаторы | Класс точности измерительных трансформаторов для счетчиков | |||
активный | реактивный | активный | реактивный | активный | реактивный | |
Коммерческий учет | 2,5 | 2,5 | 2,0 | 2,5 | 0,5 | 0,5 |
Технический (контрольный) учет | 2,5 | 2,5 | 2,0 | 2,5 | 0,5 и 1 | 0,5 и 1 |
Схемы включения счетчиков. С целью исключения ошибок учета, связанных с необходимостью пересчета показаний счетчика и введением коэффициентов, обусловленных схемой включения, рекомендуется использовать счетчики в строгом соответствии с назначением и подключать их по схемам, предусмотренным для данного типа счетчика и изображенным на крышке, закрывающей выводные зажимы прибора
Поскольку в основу схем включения счетчиков положены соответствующие схемы измерения мощности, счетчики будут обеспечивать точный учет расхода электроэнергии только для тех условий (равномерная или неравномерная нагрузка), в которых аналогичная схема подключения ваттметров обеспечивает необходимую точность.
Ниже в качестве примеров приведены несколько типов схем включения счетчиков. При подключении счетчика через трансформаторы тока следует помнить, что к генератору (сторона питания) первичная обмотка подключается зажимом Л1, а вторичная обмотка зажимом И1 включается на генераторный вход счетчика.
Рис. 12. Схема включения однофазного счетчика
Рис. 13. Схема прямого включения трехфазного счетчика активной энергии
Рис. 14. Схема включения трехфазного счетчика реактивной энергии
Рис. 15. Схема включения трехфазного счетчика активной энергии через трансформаторы тока
Рис. 16. Схема совместного включения универсальных счетчиков активной и реактивной энергии
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ?
где Т — период сигнала Y(t). Максимальное значение Yмакс — это наибольшее мгновенное значение сигнала, а среднее абсолютное значение YAA — абсолютное значение, усредненное по времени. При синусоидальной форме колебаний Yэфф = 0,707Yмакс и YAA = 0,637Yмакс.
Измерение напряжения и силы переменного тока. Почти все приборы для измерения напряжения и силы переменного тока показывают значение, которое предлагается рассматривать как эффективное значение входного сигнала. Однако в дешевых приборах зачастую на самом деле измеряется среднее абсолютное или максимальное значение сигнала, а шкала градуируется так, чтобы показание соответствовало эквивалентному эффективному значению в предположении, что входной сигнал имеет синусоидальную форму. Не следует упускать из виду, что точность таких приборов крайне низка, если сигнал несинусоидален. Приборы, способные измерять истинное эффективное значение сигналов переменного тока, могут быть основаны на одном из трех принципов: электронного умножения, дискретизации сигнала или теплового преобразования. Приборы, основанные на первых двух принципах, как правило, реагируют на напряжение, а тепловые электроизмерительные приборы — на ток. При использовании добавочных и шунтовых резисторов всеми приборами можно измерять как ток, так и напряжение.
Электронное умножение. Возведение в квадрат и усреднение по времени входного сигнала в некотором приближении осуществляются электронными схемами с усилителями и нелинейными элементами для выполнения таких математических операций, как нахождение логарифма и антилогарифма аналоговых сигналов. Приборы такого типа могут иметь погрешность порядка всего лишь 0,009%.
Дискретизация сигнала. Сигнал переменного тока преобразуется в цифровую форму с помощью быстродействующего АЦП. Дискретизированные значения сигнала возводятся в квадрат, суммируются и делятся на число дискретных значений в одном периоде сигнала. Погрешность таких приборов составляет 0,01-0,1%.
Тепловые электроизмерительные приборы. Наивысшую точность измерения эффективных значений напряжения и тока обеспечивают тепловые электроизмерительные приборы. В них используется тепловой преобразователь тока в виде небольшого откачанного стеклянного баллончика с нагревательной проволочкой (длиной 0,5-1 см), к средней части которой крохотной бусинкой прикреплен горячий спай термопары. Бусинка обеспечивает тепловой контакт и одновременно электроизоляцию. При повышении температуры, прямо связанном с эффективным значением тока в нагревательной проволочке, на выходе термопары возникает термо-ЭДС (напряжение постоянного тока). Такие преобразователи пригодны для измерения силы переменного тока с частотой от 20 Гц до 10 МГц. На рис. 5 показана принципиальная схема теплового электроизмерительного прибора с двумя подобранными по параметрам тепловыми преобразователями тока. При подаче на вход схемы напряжения переменного тока Vас на выходе термопары преобразователя ТС1 возникает напряжение постоянного тока, усилитель А создает постоянный ток в нагревательной проволочке преобразователя ТС2, при котором термопара последнего дает такое же напряжение постоянного тока, и обычный прибор постоянного тока измеряет выходной ток.
Рис. 5. ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР для измерения эффективных значений напряжения и силы переменного тока.
С помощью добавочного резистора описанный измеритель тока можно превратить в вольтметр. Поскольку тепловые электроизмерительные приборы непосредственно измеряют токи лишь от 2 до 500 мА, для измерения токов большей силы необходимы резисторные шунты.
Измерение мощности и энергии переменного тока. Мощность, потребляемая нагрузкой в цепи переменного тока, равна среднему по времени произведению мгновенных значений напряжения и тока нагрузки. Если напряжение и ток изменяются синусоидально (как это обычно и бывает), то мощность Р можно представить в виде P = EI cosj, где Е и I — эффективные значения напряжения и тока, а j — фазовый угол (угол сдвига) синусоид напряжения и тока. Если напряжение выражается в вольтах, а ток в амперах, то мощность будет выражена в ваттах. Множитель cosj, называемый коэффициентом мощности, характеризует степень синхронности колебаний напряжения и тока. С экономической точки зрения, самая важная электрическая величина — энергия. Энергия W определяется произведением мощности на время ее потребления. В математической форме это записывается так:
Если время (t1 — t2) измеряется в секундах, напряжение е — в вольтах, а ток i — в амперах, то энергия W будет выражена в ватт-секундах, т.е. джоулях (1 Дж = 1 ВтЧс). Если же время измеряется в часах, то энергия — в ватт-часах. На практике электроэнергию удобнее выражать в киловатт-часах (1 кВт*ч = 1000 ВтЧч).
Счетчики электроэнергии с разделением времени. В счетчиках электроэнергии с разделением времени используется весьма своеобразный, но точный метод измерения электрической мощности. Такой прибор имеет два канала. Один канал представляет собой электронный ключ, который пропускает или не пропускает входной сигнал Y (или обращенный входной сигнал -Y) на фильтр нижних частот. Состоянием ключа управляет выходной сигнал второго канала с отношением временных интервалов «закрыто»/»открыто», пропорциональным его входному сигналу. Средний сигнал на выходе фильтра равен среднему по времени произведению двух входных сигналов. Если один входной сигнал пропорционален напряжению на нагрузке, а другой — току нагрузки, то выходное напряжение пропорционально мощности, потребляемой нагрузкой. Погрешность таких счетчиков промышленного изготовления составляет 0,02% на частотах до 3 кГц (лабораторных — порядка всего лишь 0,0001% при 60 Гц). Как приборы высокой точности они применяются в качестве образцовых счетчиков для поверки рабочих средств измерения.
Дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии. Такие приборы основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение e(k), представляющее мгновенные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, умножается на соответствующее дискретное значение i(k) сигнала тока, полученное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах:
Сумматор, накапливающий произведения дискретных значений с течением времени, дает полную электроэнергию в ватт-часах. Погрешность счетчиков электроэнергии может составлять всего лишь 0,01%.
Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками — токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности. Число оборотов диска за то или иное время пропорционально полной электроэнергии, полученной за это время потребителем. Число оборотов диска считает механический счетчик, который показывает электроэнергию в киловатт-часах. Приборы такого типа широко применяются в качестве бытовых счетчиков электроэнергии. Их погрешность, как правило, составляет 0,5%; они отличаются большим сроком службы при любых допустимых уровнях тока.
ЛИТЕРАТУРА
Атамалян Э.Г. и др. Приборы и методы измерения электрических величин. М., 1982 Малиновский В.Н. и др. Электрические измерения. М., 1985 Авдеев Б.Я. и др. Основы метрологии и электрические измерения. Л., 1987
Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.
- ЛИФТ
- ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ» в других словарях:
Электрические измерения — измерения электрических величин: электрического напряжения, электрического сопротивления, силы тока, частоты и фазы переменного тока, мощности тока, электрической энергии, электрического заряда, индуктивности, электрической ёмкости и др.… … Большая советская энциклопедия
электрические измерения — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] Тематики релейная защита EN electrical measurementelectricity metering … Справочник технического переводчика
Электрические измерительные аппараты — Э. измерительными аппаратами называют приборы и приспособления, служащие для измерения Э., а также и магнитных величин. Большая часть измерений сводится к определению силы тока, напряжения (разности потенциалов) и количества электричества.… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Измерения аэродинамические — процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При статических И. а. определяются постоянные или… … Энциклопедия техники
ИЗМЕРЕНИЯ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКИЕ — производятся в скважинах с целью определения угла и азимута отклонения скважин от заданного направления. Определения производятся поинтервально через 100 м и более с целью возможного исправления направления скважины в процессе бурения и учета ее… … Геологическая энциклопедия
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ — совокупности соединенных определенным образом элементов и устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Теория цепей раздел теоретической электротехники, в котором рассматриваются математические методы вычисления электрических… … Энциклопедия Кольера
измерения аэродинамические — Рис. 1. измерения аэродинамические процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При… … Энциклопедия «Авиация»
измерения аэродинамические — Рис. 1. измерения аэродинамические процесс нахождения опытным путём значений физических величин в аэродинамическом эксперименте с помощью соответствующих технических средств. Различают 2 типа И. а.: статические и динамические. При… … Энциклопедия «Авиация»
Электрические — 4. Электрические нормы проектирования радиотрансляционных сетей. М., Связьиздат, 1961. 80 с. Источник: Руководство: Руководство по проектированию сети электросвязи в сельской местности Смотри также родственные термины: 3.4 электрические биения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Электрические станции — I. Общие понятия. II. Типы Э. станций по производству Э. энергии. III. Классификация их. IV. Здания и помещения Э. станций. V. Оборудование Э. станций. VI. Эксплуатация Э. станций. VII. Судовые Э. станции. VIII. Вагонные и поездные Э. станции. IX … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
единицы и средства, методы измерения
Потребности науки и техники включают в себя проведение множества измерений, средства и методы которых постоянно развиваются и совершенствуются. Важнейшая роль в этой области принадлежит измерениям электрических величин, находящим широчайшее применение в самых различных отраслях.
Понятие об измерениях
Измерение любой физической величины производится путем сравнения ее с некоторой величиной того же рода явлений, принятой в качестве единицы измерения. Результат, полученный при сравнении, представляется в численном виде в соответствующих единицах.
Эта операция осуществляется с помощью специальных средств измерения – технических приспособлений, взаимодействующих с объектом, те или иные параметры которого требуется измерить. При этом используются определенные методы – приемы, посредством которых проводится сравнение измеряемой величины с единицей измерения.
Существует несколько признаков, служащих основой для классификации измерений электрических величин по видам:
- Количество актов измерения. Здесь существенна их однократность или многократность.
- Степень точности. Различают технические, контрольно-поверочные, максимально точные измерения, а также равноточные и неравноточные.
- Характер изменения измеряемой величины во времени. Согласно этому критерию измерения бывают статические и динамические. Путем динамических измерений получают мгновенные значения величин, меняющихся во времени, а статических – некоторые постоянные значения.
- Представление результата. Измерения электрических величин могут быть выражены в относительной или в абсолютной форме.
- Способ получения искомого результата. По данному признаку измерения делятся на прямые (в них результат получается непосредственно) и косвенные, при которых прямо измеряются величины, связанные с искомой величиной какой-либо функциональной зависимостью. В последнем случае искомая физическая величина вычисляется по полученным результатам. Так, измерение силы тока с помощью амперметра – это пример прямого измерения, а мощности – косвенного.
Средства измерения
Приспособления, предназначенные для измерения, должны обладать нормированными характеристиками, а также сохранять на протяжении определенного времени либо воспроизводить единицу той величины, для измерения которой они предназначены.
Средства измерения электрических величин подразделяются на несколько категорий в зависимости от назначения:
- Меры. Данные средства служат для воспроизведения величины некоторого заданного размера – как, например, резистор, воспроизводящий с известной погрешностью определенное сопротивление.
- Измерительные преобразователи, формирующие сигнал в форме, удобной для хранения, преобразования, передачи. Для непосредственного восприятия информация такого рода недоступна.
- Электроизмерительные приборы. Эти средства предназначены для представления информации в доступной наблюдателю форме. Они могут быть переносными или стационарными, аналоговыми или цифровыми, регистрирующими или сигнализирующими.
- Электроизмерительные установки представляют собой комплексы вышеперечисленных средств и дополнительных устройств, сосредоточенные в одном месте. Установки позволяют проводить более сложные измерения (например, магнитных характеристик или удельного сопротивления), служат как поверочные или эталонные устройства.
- Электроизмерительные системы тоже являются совокупностью различных средств. Однако, в отличие от установок, приборы для измерения электрических величин и прочие средства в составе системы рассредоточены. С помощью систем можно измерять несколько величин, хранить, обрабатывать и передавать сигналы измерительной информации.
При необходимости решения какой-либо конкретной сложной измерительной задачи формируют измерительно-вычислительные комплексы, объединяющие ряд устройств и электронно-вычислительную аппаратуру.
Характеристики измерительных средств
Устройства измерительной аппаратуры обладают определенными свойствами, важными для выполнения их непосредственных функций. К ним относятся:
- Метрологические характеристики, такие как чувствительность и ее порог, диапазон измерения электрической величины, погрешность прибора, цена деления, быстродействие и др.
- Динамические характеристики, например амплитудные (зависимость амплитуды выходного сигнала прибора от амплитуды на входе) или фазовые (зависимость фазового сдвига от частоты сигнала).
- Эксплуатационные характеристики, отражающие меру соответствия прибора требованиям эксплуатации в определенных условиях. К ним относятся такие свойства, как достоверность показаний, надежность (работоспособность, долговечность и безотказность аппарата), ремонтопригодность, электрическая безопасность, экономичность.
Совокупность характеристик аппаратуры устанавливается соответствующими нормативно-техническими документами для каждого типа устройств.
Применяемые методы
Измерение электрических величин производится посредством различных методов, которые также можно классифицировать по следующим критериям:
- Род физических явлений, на основе которого измерение проводится (электрические или магнитные явления).
- Характер взаимодействия измерительного средства с объектом. В зависимости от него различают контактные и бесконтактные методы измерения электрических величин.
- Режим проведения измерения. В соответствии с ним измерения бывают динамическими и статическими.
- Способ осуществления измерений. Разработаны как методы непосредственной оценки, когда искомая величина прямо определяется прибором (к примеру, амперметром), так и более точные методы (нулевые, дифференциальные, противопоставления, замещения), в которых она выявляется путем сравнения с известной величиной. В качестве приборов сравнения служат компенсаторы и электроизмерительные мосты постоянного и переменного тока.
Электроизмерительные приборы: виды и особенности
Измерение основных электрических величин требует большого разнообразия приборов. В зависимости от физического принципа, положенного в основу их работы, все они делятся на следующие группы:
- Электромеханические приборы обязательно имеют в конструкции подвижную часть. К этой большой группе измерительных средств относятся электродинамические, ферродинамические, магнитоэлектрические, электромагнитные, электростатические, индукционные приборы. Например, магнитоэлектрический принцип, применяющийся очень широко, может быть положен в основу таких устройств, как вольтметры, амперметры, омметры, гальванометры. На индукционном принципе основаны счетчики электроэнергии, частотомеры и т. д.
- Электронные приборы отличаются наличием дополнительных блоков: преобразователей физических величин, усилителей, преобразователей и пр. Как правило, в приборах этого типа измеряемая величина преобразуется в напряжение, и конструктивной основой их служит вольтметр. Электронные измерительные приборы применяются в качестве частотомеров, измерителей емкости, сопротивления, индуктивности, осциллографов.
- Термоэлектрические приборы сочетают в своей конструкции измерительное устройство магнитоэлектрического типа и термопреобразователь, образуемый термопарой и нагревателем, через который протекает измеряемый ток. Приборы этого типа используются в основном при измерениях высокочастотных токов.
- Электрохимические. Принцип их работы базируется на процессах, которые протекают на электродах либо в исследуемой среде в межэлектродном пространстве. Применяются приборы этого типа для измерения электропроводности, количества электричества и некоторых неэлектрических величин.
По функциональным особенностям различают следующие виды приборов для измерения электрических величин:
- Показывающие (сигнализирующие) – это устройства, позволяющие производить только непосредственное считывание измерительной информации, такие как ваттметры или амперметры.
- Регистрирующие – приборы, допускающие возможность регистрации показаний, например, электронные осциллографы.
По типу сигнала приборы делятся на аналоговые и цифровые. Если устройство вырабатывает сигнал, представляющий собой непрерывную функцию измеряемой величины, оно является аналоговым, например, вольтметр, показания которого выдаются при помощи шкалы со стрелкой. В том случае, если в устройстве автоматически вырабатывается сигнал в виде потока дискретных значений, поступающий на дисплей в численной форме, говорят о цифровом измерительном средстве.
Цифровые приборы имеют некоторые недостатки по сравнению с аналоговыми: меньшая надежность, потребность в источнике питания, более высокая стоимость. Однако их отличают и существенные преимущества, в целом делающие применение цифровых устройств более предпочтительным: удобство эксплуатации, высокая точность и помехоустойчивость, возможность универсализации, сочетания с ЭВМ и дистанционной передачи сигнала без потери точности.
Погрешности и точность приборов
Важнейшая характеристика электроизмерительного прибора – класс точности. Измерение электрических величин, как и любых других, не может производиться без учета погрешностей технического устройства, а также дополнительных факторов (коэффициентов), влияющих на точность измерения. Предельные значения приведенных погрешностей, допускаемые для данного типа прибора, называются нормированными и выражаются в процентах. Они и определяют класс точности конкретного прибора.
Стандартные классы, которыми принято маркировать шкалы измерительных устройств, следующие: 4,0; 2,5; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1; 0,05. В соответствии с ними установлено разделение по назначению: приборы, принадлежащие к классам от 0,05 до 0,2, относятся к образцовым, классами 0,5 и 1,0 обладают лабораторные приборы, и, наконец, устройства классов 1,5–4,0 являются техническими.
При выборе измерительного прибора необходимо, чтобы он соответствовал по классу решаемой задаче, при этом верхний предел измерения должен быть как можно ближе к численному значению искомой величины. То есть чем большего отклонения стрелки прибора удается достичь, тем меньше будет относительная погрешность проводимого измерения. Если в распоряжении имеются только приборы низкого класса, выбирать следует такой, который обладает наименьшим рабочим диапазоном. Используя данные способы, измерения электрических величин можно провести достаточно точно. При этом также нужно учитывать тип шкалы прибора (равномерная или неравномерная, как, например, шкалы омметров).
Основные электрические величины и единицы их измерения
Чаще всего электрические измерения связаны со следующим набором величин:
- Сила тока (или просто ток) I. Данной величиной обозначается количество электрического заряда, проходящего через сечение проводника за 1 секунду. Измерение величины электрического тока проводится в амперах (A) при помощи амперметров, авометров (тестеров, так называемых «цешек»), цифровых мультиметров, измерительных трансформаторов.
- Количество электричества (заряд) q. Эта величина определяет, в какой мере то или иное физическое тело может являться источником электромагнитного поля. Электрический заряд измеряется в кулонах (Кл). 1 Кл (ампер-секунда) = 1 А ∙ 1 с. Приборами для измерения служат электрометры либо электронные зарядометры (кулон-метры).
- Напряжение U. Выражает разность потенциалов (энергии зарядов), существующую между двумя различными точками электрического поля. Для данной электрической величины единицей измерения служит вольт (В). Если для того, чтобы из одной точки переместить в другую заряд в 1 кулон, поле совершает работу в 1 джоуль (то есть затрачивается соответствующая энергия), то разность потенциалов – напряжение – между этими точками составляет 1 вольт: 1 В = 1 Дж/1 Кл. Измерение величины электрического напряжения производится посредством вольтметров, цифровых либо аналоговых (тестеры) мультиметров.
- Сопротивление R. Характеризует способность проводника препятствовать прохождению через него электрического тока. Единица сопротивления – ом. 1 Ом – это сопротивление проводника, имеющего напряжение на концах в 1 вольт, к току величиной в 1 ампер: 1 Ом = 1 В/1 А. Сопротивление прямо пропорционально сечению и длине проводника. Для измерения его используются омметры, авометры, мультиметры.
- Электропроводность (проводимость) G – величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См): 1 См = 1 Ом-1.
- Емкость C – это мера способности проводника накапливать заряд, также одна из основных электрических величин. Единицей измерения ее служит фарад (Ф). Для конденсатора эта величина определяется как взаимная емкость обкладок и равна отношению накопленного заряда к разности потенциалов на обкладках. Емкость плоского конденсатора растет с увеличением площади обкладок и с уменьшением расстояния между ними. Если при заряде в 1 кулон на обкладках создается напряжение величиной 1 вольт, то емкость такого конденсатора будет равна 1 фараду: 1 Ф = 1 Кл/1 В. Измерение производят при помощи специальных приборов – измерителей емкости или цифровых мультиметров.
- Мощность P – величина, отражающая скорость, с которой осуществляется передача (преобразование) электрической энергии. В качестве системной единицы мощности принят ватт (Вт; 1 Вт = 1Дж/с). Эта величина также может быть выражена через произведение напряжения и силы тока: 1 Вт = 1 В ∙ 1 А. Для цепей переменного тока различают активную (потребляемую) мощность Pa, реактивную Pra (не принимает участия в работе тока) и полную мощность P. При измерениях для них используют следующие единицы: ватт, вар (расшифровывается как «вольт-ампер реактивный») и, соответственно, вольт-ампер В∙А. Размерность их одинакова, и служат они для различения указанных величин. Приборы для измерения мощности – аналоговые или цифровые ваттметры. Косвенные измерения (например, с помощью амперметра) применимы далеко не всегда. Для определения такой важной величины, как коэффициент мощности (выражается через угол фазового сдвига) применяют приборы, называемые фазометрами.
- Частота f. Это характеристика переменного тока, показывающая количество циклов изменения его величины и направления (в общем случае) за период в 1 секунду. За единицу частоты принята обратная секунда, или герц (Гц): 1 Гц = 1 с-1. Измеряют данную величину посредством обширного класса приборов, называемых частотомерами.
Магнитные величины
Магнетизм теснейшим образом связан с электричеством, поскольку и то, и другое представляют собой проявления единого фундаментального физического процесса – электромагнетизма. Поэтому столь же тесная связь свойственна методам и средствам измерения электрических и магнитных величин. Но есть и нюансы. Как правило, при определении последних практически проводится электрическое измерение. Магнитную величину получают косвенным путем из функционального соотношения, связывающего ее с электрической.
Эталонными величинами в данной области измерений служат магнитная индукция, напряженность поля и магнитный поток. Они могут быть преобразованы с помощью измерительной катушки прибора в ЭДС, которая и измеряется, после чего производится вычисление искомых величин.
- Магнитный поток измеряют посредством таких приборов, как веберметры (фотогальванические, магнитоэлектрические, аналоговые электронные и цифровые) и высокочувствительные баллистические гальванометры.
- Индукция и напряженность магнитного поля измеряются при помощи тесламетров, оснащенных преобразователями различного типа.
Измерение электрических и магнитных величин, состоящих в непосредственной взаимосвязи, позволяет решать многие научные и технические задачи, например, исследование атомного ядра и магнитного поля Солнца, Земли и планет, изучение магнитных свойств различных материалов, контроль качества и прочие.
Неэлектрические величины
Удобство электрических методов дает возможность успешно распространять их и на измерения всевозможных физических величин неэлектрического характера, таких как температура, размеры (линейные и угловые), деформация и многие другие, а также исследовать химические процессы и состав веществ.
Приборы для электрического измерения неэлектрических величин обычно представляют собой комплекс из датчика – преобразователя в какой-либо параметр цепи (напряжение, сопротивление) и электроизмерительного устройства. Существует множество типов преобразователей, благодаря которым можно измерять самые разные величины. Вот лишь несколько их примеров:
- Реостатные датчики. В таких преобразователях при воздействии измеряемой величины (например, при изменении уровня жидкости или же ее объема) перемещается движок реостата, изменяя тем самым сопротивление.
- Терморезисторы. Сопротивление датчика в аппаратах этого типа изменяется под воздействием температуры. Применяются для измерения скорости газового потока, температуры, для определения состава газовых смесей.
- Тензосопротивления позволяют проводить измерения деформации проволоки.
- Фотодатчики, преобразующие изменение освещенности, температуры либо перемещение в измеряемый затем фототок.
- Емкостные преобразователи, используемые как датчики химического состава воздуха, перемещения, влажности, давления.
- Пьезоэлектрические преобразователи работают по принципу возникновения ЭДС в некоторых кристаллических материалах при механическом воздействии на них.
- Индукционные датчики основаны на преобразовании таких величин, как скорость или ускорение, в индуктированную ЭДС.
Развитие электроизмерительных средств и методов
Большое многообразие средств измерения электрических величин обусловлено множеством различных явлений, в которых эти параметры играют существенную роль. Электрические процессы и явления имеют чрезвычайно широкий диапазон использования во всех отраслях – нельзя указать такую область человеческой деятельности, где они не находили бы применения. Этим и определяется все более расширяющийся круг задач электрических измерений физических величин. Непрерывно растет разнообразие и совершенствование средств и методов решения этих задач. Особенно быстро и успешно развивается такое направление измерительной техники, как измерение неэлектрических величин электрическими методами.
Современная электроизмерительная техника развивается в направлении повышения точности, помехоустойчивости и быстродействия, а также все большей автоматизации измерительного процесса и обработки его результатов. Средства измерений прошли путь от простейших электромеханических приспособлений до электронных и цифровых приборов, и далее до новейших измерительно-вычислительных комплексов с использованием микропроцессорной техники. При этом повышение роли программной составляющей измерительных устройств является, очевидно, основной тенденцией развития.
| ВЕЛИЧИНА | ОБОЗНАЧЕНИЕ | ОПРЕДЕЛЕНИЕ |
| Ампер | А | Сила тока |
| Ватт | W | Мощность, при которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду |
| Вебер | Wb | Магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом протекает количество электричества в 1 кулон |
| Вольт | V | Электрическое напряжение, вызывающее в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт |
| Время | t | непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени |
| Генри | Н | Генри можно определить также как индуктивность электрической цепи, в которой возникает ЭДС в 1 вольт при изменении силы тока в цепи со скоростью 1 ампер в секунду |
| Герц | Нz | Частота периодического процесса, период которого равен 1 секунде |
| Давление | Р | физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и численно равная силе , действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности |
| Джоуль | J | Работа, произведенная силой в 1 ньютон при перемещении ею тела на расстояние 1 метр в направлении действия силы |
| Диаметр | d | отрезок, соединяющий две точки) на окружности (сфере, поверхности шара), и проходящий через центр этой окружности (сферы, шара). Также диаметром называют длину этого отрезка. Диаметр окружности является хордой, проходящей через её центр; такая хорда имеет максимальную длину. По величине диаметр равен двум радиусам |
| Диоптрия | δ | Единица для измерения оптической силы сферически-вогнутого стекла, равная оптической силе линзы с фокусным расстоянием 1 метр |
| Длина | L | физическая величина, числовая характеристика протяжённости линий. В узком смысле под длиной понимают размер предмета в продольном направлении (обычно это направление наибольшего размера), т. е. расстояние между его двумя наиболее удалёнными точками, измеренное горизонтально |
| Импульс | Р | мера механического движения; представляет собой векторную величину, в классической механике равную для материальной точки произведению массы m этой точки на её скорость v и направленную так же, как вектор скорости: |
| Индуктивность | L | коэффициент пропорциональности между магнитным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величиной этого тока |
| Килограмм | kg | Масса платино-иридиевого прототипа, утвержденного международной конференцией в Париже в 1889 г |
| Кулон | с | Количество электричества, проходящее в 1 секунду при силе тока 1 ампер через поперечное сечение проводника |
| Люмен | lm | Световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан при силе света 1 свеча |
| Люкс | lx | Освещенность поверхности, которая равномерно получает световой поток в 1 люмен на 1 квадратный метр площади |
| Масса | М | одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе, так и гравитационные свойства — вес |
| Метр | m | Старый платино-иридиевый эталон метра (международный прототип) хранится в подвалах Севра |
| Метр квадратный | m² | Площадь квадрата, сторона которого равна 1 метру |
| Метр кубический | m³ | Объем куба с длиной ребра, равной 1 метру |
| Метр в секунду | m/s | Скорость движущегося тела, проходящего расстояние в 1 метр за секунду |
| Мощность | Р | физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. |
| Ньютон | N | Сила, сообщающая телу массой в 1 килограмм ускорение в 1метр в секунду в направлении действия силы |
| Обьём | m³, cm³, L³ | количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и линейными размерами. С понятием объём тесно связано понятие вместимость. Под вместимостью понимают объём внутреннего пространства сосуда или аппарата, укладочных ящиков и т. д |
| Ом | Ω | Сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 ампер возникает напряжение 1 вольт |
| Паскаль | Pa | Давление на 1 квадратный метр с силой в 1 ньютон |
| Площадь | S | Одна из количественных характеристик плоских геометрических фигур и поверхностей |
| Плотность | Р | физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы тела (m) к его объёму (V), когда объём стягивается к этой точке |
| Радиус | r | отрезок, соединяющий центр окружности (или сферы) с любой точкой, лежащей на окружности (или поверхности сферы), а также длина этого отрезка |
| Свеча | cd | Свеча — единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 свечам на один квадратный сантиметр |
| Свеча на м² | cd/м² | Яркость светящейся поверхности площадью в 1 квадратный метр при силе света в 1 свечу |
| Секунда | s | Минута равна 60 секундам, час – 3600 секундам, день — 86400 секундам |
| Сила | F | векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности взаимодействия тел. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нем деформаций |
| Сила света | J | поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется |
| Скорость | ύ, u | физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта |
| Сопротивление (электрическое) | R | скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему |
| Температура | °С | физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. |
| Теплота | Q | мера энергии, переходящей от одного тела к другому в процессе теплопередачи. В системе СИ единицей измерения теплоты является джоуль |
| Теплоёмкость | С, Дж/кг | теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо для нагревания единичного количества вещества |
| Тесла | т | Магнитная индукция, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1 квадратный метр равен 1 веберу |
| Ток | I | в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду , протекающему в единицу времени через сечение проводника. |
| Частота | F, f, ω | физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени |
| Фарада | F | Емкость конденсатора, между обкладками которого появляется напряжение в 1 вольт при заряде 1 кулон |
| Энергия | Е | физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие |
Основные электрические величины и понятия — Мегаобучалка
Суть электричества состоит в том, что поток электронов движется по проводнику в замкнутой цепи от источника тока к потребителю и обратно. Перемещаясь, эти электроны выполняют определённую работу. Это явление называется – ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, а единица измерения носит имя ученого, который первым исследовал свойства тока. Фамилия ученого — Ампер.
Необходимо знать, что ток при работе нагревает, изгибает и, старается поломать провода и все по чему он протекает. Это свойство следует учитывать при расчетах цепей, т.е., чем больше ток, тем толще провода и конструкции.
Если мы разомкнем цепь, ток прекратится, но на зажимах источника тока все-таки будет какой-то потенциал, всегда готовый к работе. Разность потенциалов на двух концах проводника называется НАПРЯЖЕНИЕМ (U).
U=f1-f2.
В свое время ученый по фамилии Вольт скрупулезно изучил электрическое напряжение и дал ему подробное объяснение. Впоследствии единице измерения присвоили его имя.
В отличие от тока, напряжение не ломает, а прожигает. Электрики говорят — пробивает. Поэтому все провода и электрические агрегаты защищены изоляцией, и чем больше напряжение, тем толще изоляция.
Немного позже еще один знаменитый физик — Ом, тщательно экспериментируя, выявил зависимость между этими электрическими величинами и описал ее. Сейчас каждый школьник знает закон Ома I=U/R. Его можно использовать для расчета простых цепей. Накрыв пальцем величину, которую ищем – увидим, как ее вычислить.
Не стоит бояться формул. Для использования электроэнергии необходимы не столько они (формулы), сколько понимание того, что происходит в электроцепи.
А происходит следующее. Произвольный источник тока, (назовем его пока – ГЕНЕРАТОР) вырабатывает электроэнергию и по проводам передает ее потребителю (назовём его, пока словом – НАГРУЗКА). Таким образом, у нас получилась замкнутая электрическая цепь »ГЕНЕРАТОР – НАГРУЗКА».
Пока генератор вырабатывает энергию, нагрузка ее потребляет и работает (т.е., преобразует электрическую энергию в механическую, световую или любую другую). Поставив обычный рубильник в разрыв провода, мы можем включать и выключать нагрузку, когда нам надо. Таким образом, получаем неисчерпаемые возможности регулирования работы. Интересно то, что при выключенной нагрузке нет необходимости отключать генератор (по аналогии с другими видами энергии — тушить костер под паровым котлом, перекрывать воду на мельнице и т.п.)
Важно при этом соблюдать пропорции ГЕНЕРАТОР-НАГРУЗКА. Мощность генератора не должна быть меньше мощности нагрузки. Нельзя к слабому генератору подключать мощную нагрузку. Это все равно, что старую клячу запрячь в тяжеленную телегу. Мощность всегда можно узнать из документации на электроприбор или его маркировки на табличке, прикрепляемой к боковой или задней стенке электроприбора. Понятие МОЩНОСТЬ ввели в обиход более века назад, когда электричество вышло за пороги лабораторий и, стало применяться в быту и промышленности.
Мощность — произведение напряжения и тока. За единицу принят Ватт. Эта величина показывает, какой ток потребляет нагрузка при таком напряжении. Р=U х I
Электрические материалы. Сопротивление, проводимость.
Мы уже упоминали величину под названием ОМ. Теперь остановимся на ней подробнее. Уже давно ученые обратили внимание на то, что разные материалы по-разному ведут себя с током. Одни беспрепятственно его пропускают, другие упорно ему сопротивляются, третьи пропускают его только в одну сторону, или же пропускают «на определенных условиях». После испытаний на проводимость всех возможных материалов стало понятным, что абсолютно все материалы, в той или иной степени, могут проводить ток. Для оценки «меры» проводимости вывели единицу электрического сопротивления, и назвали её ОМ, а материалы, в зависимости от их «способности» пропускать ток, разделили на группы.
Одна группа материалов это проводники. Проводники без особых потерь проводят ток. К проводникам относятся материалы, имеющие сопротивление от нуля до 100 Ом/м. Такими свойствами обладают, в основном, металлы.
Другая группа – диэлектрики. Диэлектрики тоже проводят ток, но с огромными потерями. Их сопротивление от 10000000 Ом и до бесконечности. К диэлектрикам, в своем большинстве, относятся неметаллы, жидкости и различные соединения газов.
Сопротивление 1 Ом означает, что в проводнике сечением 1 кв. мм и длиной 1 метр потеряется 1 Ампер тока..
Величина обратная сопротивлению – проводимость. Величину проводимости того или иного материала всегда можно найти в справочниках. Удельные сопротивления и проводимости некоторых материалов приведены в таблице № 1
ТАБЛИЦА № 1
| МАТЕРИАЛ | Удельное сопротивление | Удельная проводимость |
| Серебро | 0,016 | 62,5 |
| Медь | 0,01786 | |
| Золото | 0,024 | 41,6 |
| Алюминий | 0,0286 | |
| Вольфрам | 0,055 | |
| Латунь | 0.071 | 14,1 |
| Железо | 0,1 — 0,15 | 10 — 7 |
| Свинец | 0,21 | 4,8 |
| Никелин | 0,43 | 2,3 |
| Константан | 0,5 | |
| Хромоникель | 1,1 | 0,91 |
| Графит | 0,08 | |
| Уголь | 0,025 | |
| Твердые изоляторы | От 10(в степени 6) и выше | 10(в степени минус 6) |
| Фарфор | 10(в степени 19) | 10(в степени минус 19) |
| Эбонит | 10(в степени 20) | 10(в степени минус 20) |
| Жидкие изоляторы | От 10(в степени 10) и выше | 10(в степени минус 10) |
| Газообразные | От 10(в степени 14) и выше | 10(в степени минус 14) |
Из таблицы можно видеть, что самыми проводящими материалами являются – серебро, золото, медь и алюминий. В силу высокой стоимости серебро и золото применяется только в высокотехнологичных схемах. А медь и алюминий получили широчайшее применение в качестве проводников.
Еще видно, что нет абсолютно проводящих материалов, поэтому при расчетах всегда надо учитывать, что в проводах теряется ток и падает напряжение.
Есть еще одна, довольно большая и «интересная» группа материалов – полупроводники. Проводимость этих материалов изменяется в зависимости от условий окружающей среды . Полупроводники начинают лучше или, наоборот, хуже проводить ток, если их подогреть/охладить, или осветить, или согнуть, или, например, ударить током.
