Формула электрического напряжения для новичков от а до я

Использование трёхфазных линий в многоквартирных домах

Не все знают, что в многоквартирные дома также подведено 380 В. Именно это позволяет работать магазинам и различным мастерским на первых или цокольных этажах. В подъездных щитах трёхфазная цепь распределяется поквартирно, в результате чего на каждую из них приходится одна фаза и ноль. Именно они и обеспечивают фазное напряжение 220 В.

ФОТО: prezentacii.infoТак трёхфазная сеть разбивается на три однофазных

При необходимости подключения в квартире оборудования, требующего напряжения 380 В, владелец может обратиться с заявлением в управляющую компанию. Специалист определит возможность подобного подключения, после чего можно будет провести в квартиру трёхфазную линию, предварительно заменив прибор учёта электроэнергии на соответствующий.

ФОТО: vseinstrumenti.ruТрёхфазный прибор учёта электроэнергии значительно крупнее однофазного

Риск пожара

Повышенное напряжение генератора может создавать опасность возникновения пожара. При превышении допустимого уровня напряжения, электрические компоненты и провода становятся перегруженными, что может привести к их перегреву и искрообразованию.

Поэтому необходимо регулярно проверять состояние генератора, а также следить за тем, чтобы он не работал на максимальной мощности длительное время. При обнаружении неисправностей или аномального поведения генератора, необходимо незамедлительно обращаться к специалистам для осмотра и ремонта.

Меры предосторожности:

Регулярная проверка генератора: Осмотрите провода на наличие повреждений, проверьте соединения на надежность, а также убедитесь, что вентиляционные отверстия не заблокированы.

Не превышайте предельные значения: Не пытайтесь нагружать генератор больше, чем он способен выдержать
Узнайте максимальную мощность и соблюдайте эти пределы.

Осторожность при заправке: При заправке генератора обратите особое внимание, чтобы вы не пролили топливо на его поверхность или близлежащие предметы, так как это может вызвать возгорание.. Общая цель заключается в том, чтобы предотвратить перегрев генератора и создание искр, которые могут стать источником пожара
Следуя указанным мерам предосторожности, можно значительно снизить риск возникновения пожара при использовании генератора с повышенным напряжением. Общая цель заключается в том, чтобы предотвратить перегрев генератора и создание искр, которые могут стать источником пожара

Следуя указанным мерам предосторожности, можно значительно снизить риск возникновения пожара при использовании генератора с повышенным напряжением

Общая цель заключается в том, чтобы предотвратить перегрев генератора и создание искр, которые могут стать источником пожара

Следуя указанным мерам предосторожности, можно значительно снизить риск возникновения пожара при использовании генератора с повышенным напряжением

Использование на практике

Закон Ома лежит в основе всех расчетов производимых в электронике и электротехнике. Будущих специалистов с первых дней учат, как использовать так называемый треугольник. Чтобы найти какую-то искомую величину, должны выполняться простые арифметические действия. Если два оставшихся параметра находятся в одной строке – они перемножаются. Если на разных уровнях, то верхний всегда делится на нижний.

Самые простые вычисления производятся на основе данных измерительных приборов. На участке цепи измерение тока выполняется амперметром, а напряжения – вольтметром. После этого найти сопротивление математическим путем не составит труда.

Для замеров сопротивления тоже есть прибор – омметр. Полученное выражение, подставляется в одну из формул, после чего находятся величины силы тока или напряжения. Точность омметра зависит от стабильности напряжения, подаваемого источником тока. Стабилизация проводится путем добавления резистора, выполняющего функцию регулятора.

Иногда требуется исключить из схемы какой-нибудь элемент без демонтажа. С этой целью проводится шунтирование, когда приходится устанавливать проводник на входных клеммах ненужного резистора. Ток начинает идти через шунт с меньшим сопротивлением, а напряжение на резисторе падает до нуля.

Закон Ома используется в защитных системах. Это делается с помощью уставок, обеспечивающих нормальную работу и отключающих питание лишь в аварийных ситуациях.

Что такое электрический потенциал

Пусть в поле, создаваемым неподвижным зарядом Q, помещён единичный заряд q, на который действует сила Кулона F=k*Qq/r.

Внесённый заряд под действием этой силы может перемещаться, а сила при этом совершит определенную работу. Это означает, что система из двух зарядов обладает потенциальной энергией, зависящей от величины обоих зарядов и расстояния между ними, причём величина этой потенциальной энергии не зависит от величины заряда q. Здесь и вводится определение электрического потенциала – он равен отношению потенциальной энергии поля к величине заряда:

φ=W/q,

где W – потенциальная энергия поля, создаваемого системой зарядов, а потенциал является энергетической характеристикой поля. Чтобы переместить заряд q в электрическом поле на какое-то расстояние, надо затратить определённую работу на преодоление кулоновских сил. Потенциал точки равен работе, которую надо затратить для перемещения единичного заряда из этой точки в бесконечность. При этом надо отметить, что:

• эта работа будет равна убыли потенциальной энергии заряда (A=W₂-W₁);
• работа не зависит от траектории перемещения заряда.

В системе СИ единицей измерения потенциала является один Вольт (в русскоязычной литературе обозначается буквой В, в зарубежной – V). 1 В=1Дж/1 Кл, то есть, можно говорить о потенциале точки в 1 вольт, если для перемещения заряда в 1 Кл в бесконечность потребуется совершить работу в 1 Джоуль. Название выбрано в честь итальянского физика Алессандро Вольта, внесшего значительный вклад в развитие электротехники.

Чтобы наглядно представить, что такое потенциал, его можно сравнить с температурой двух тел или температурой, замеренной в разных точках пространства. Температура служит мерой нагрева объектов, а потенциал – мерой электрической заряженности. Говорят, что одно тело нагрето более другого, также можно сказать, что одно тело заряжено более, а другое – менее. Эти тела обладают разным потенциалом.

Значение потенциала зависит от выбора системы координат, поэтому требуется какой-то уровень, который надо принять за ноль. При измерении температуры за базовую границу можно принять, например, температуру тающего льда. Для потенциала за нулевой уровень обычно принимают потенциал бесконечно удаленной точки, но для решения некоторых задач за нулем можно считать, например, потенциал земли или потенциал одной из обкладок конденсатора.

Возникновение короткого замыкания

Короткое замыкание в генераторе может возникнуть по различным причинам.

1. Повреждений проводки:

• сломанный или обгоревший провод;
• разрыв или износ контактов;
• неисправность изоляции проводов и т.д.

2. Дефектов в компонентах генератора:

• сломанные якори и коллекторы;
• неисправные помехоподавляющие элементы;
• вышедший из строя регулятор напряжения;
• неисправные подшипники и т.д.

3. Неправильного подключения:

• неправильная комбинация проводов или их неправильное подключение к разъемам генератора;
• неправильное подключение генератора к системе автомобиля.

В случае короткого замыкания генератор может перестать производить электроэнергию или выдавать избыточное напряжение, что может привести к повреждению других компонентов системы автомобиля или электрооборудования

Поэтому важно проводить регулярную проверку состояния генератора и выполнять все технические требования по подключению и эксплуатации

Причины появления проблемы

Из-за чего же возникают эти страшные и опасные перепады напряжения? Причин для возникновения проблем может быть много. Аномалии вызывают не только аварийные ситуации. Причина таких скачков могут носить разный характер, природный или техногенный. Общий список причин:

1. Нестабильное функционирование трансформаторной подстанции. Эти подстанции, которые работают над распределением и перенос энергии в электросетях, чаще всего, были сделаны довольно давно. Поэтому оборудование, что там поставлено и эксплуатируется, имеет серьезный износ.
2. Кроме этого, большинство трансформаторов, из-за увеличения эксплуатации электричества, функционируют с постоянным перегрузом. В результате из-за этого выявляются неожиданные сбои на подстанциях, и, следовательно – проблемы с напряжением.
3. Электросеть, и сбои в ее деятельности. Все города и села в России окутываются большим числом линий электрических передач. Реальный мир не может существовать без электричества. Но электрическая сеть, которую создали давно, не улучшается, а наоборот, выходит из строя.
4. Обрыв нуля или слабое заземление. Изменяться параметры электрической сети могут и из-за обрыва нуля. Это опасное явление, которое вызывает серьезное изменение в линии передач. В итоге вся техника, работающая с помощью электрическая, которая включена в розетку, выходит из строя. Даже та, что не функционирует, а просто подключена.
5. Отключение от сети сразу нескольких серьезных по мощности электрических приборов. В большом доме применяется большое количество мощных устройств. Если в строении устаревшая проводка, то это довольно опасно. Но подобные перепады напряжения бывают и в новых домах.

Это объясняется тем, что нагрузка не была рассчитана на эксплуатацию мощных приборов с тем учетом, что электросеть в новом доме работает старая.

Происходит это так: при активации потребителей, электрическая сеть чувствует спад тока. Если устройства или один сильный прибор отключить, то появляются резкие скачки.

А это означает, что аварийные ситуации, обрывы линий и сбои – это вполне нормальное действие линий передач, последствия которых не принесут ничего прекрасного. Подобные аварийные ситуации приводят к таким проблемам, как скачки и перепады напряжения.

Норма напряжения в электрической сети – 220 В. Также разрешенные отклонения, не должны достигать более 10 %.

Линейное напряжение: что это такое?

Линейное напряжение, также известное как фазное напряжение, является одним из ключевых параметров в электротехнике и электроэнергетике. Это понятие описывает эффективное напряжение, которое снабжает электрическое оборудование в трехфазных электрических системах.

Оно получило свое название из-за своей связи с фазами в трехфазной системе

Трехфазные системы широко используются в промышленности и электроэнергетике, и понимание линейного напряжения является важной составляющей для обеспечения надежной и эффективной работы электрических сетей

В трехфазных системах есть три фазы, и каждая из них генерирует свое собственное фазное напряжение. Линейное напряжение определяется как корень из суммы квадратов фазных напряжений, умноженных на коэффициент √3.

Линейное напряжение имеет важное значение при выборе и конфигурации электрического оборудования, такого как трансформаторы, генераторы и моторы. Это позволяет инженерам учесть не только фазные напряжения, но и общее эффективное напряжение, с которым будет работать система

Важно отметить, что в однофазных системах линейное напряжение и фазное напряжение совпадают, так как здесь используется только одна фаза

Нормы напряжения в электрической сети

На бывшем советском пространстве был принят стандарт напряжения бытовой электрической сети, равный 220 В. В 1992 году в России было принято решение о переводе электросетей на общеевропейские стандарты. Согласно этим стандартам, напряжение бытовой сети должно соответствовать величине 230 В с частотой 50 Гц. Изначально завершить переход на эти нормы планировалось к 2003 году.

Действующий российский ГОСТ 29322-2014 как раз и предусматривает использование напряжения 230 В. Но по факту во многих сетях по-прежнему остались 220 В, и ничего страшного в этом нет — такое значение находится в пределах допусков (о них чуть позже). 

В европейских, азиатских странах, части африканских государств и Австралии приняты стандарты напряжения 220-230 В, реже встречается норма 240 В (в Афганистане, Кувейте, Нигерии и др.). Поэтому техника, которая поставляется в эти страны, рассчитана на работу именно с этими величинами.  

В странах Северной и Южной Америки, а также ряде островных государств приняты нормативы напряжения 110 В, 115 В, 120 В и 127 В, в Японии в бытовых розетках напряжение соответствует уровню 100 В.

В постсоветском пространстве, в том числе РФ, Беларуси, Украине, Армении и прибалтийских странах официально действует стандарт 230 В, остальных бывших союзных республиках — 220 В. 

Принятые единицы измерения

При использовании закона Ома для практических расчетов все математические вычисления выполняются в установленных единицах измерений для всех 3-х величин:

• Сила тока – в амперах (А).
• Напряжение – в вольтах (В/V).
• Сопротивление – в омах (Ом).

Исходные данные и другие параметры, представленные в единицах, должны переводиться в общепринятые значения.

Действие основных единиц и физическое соблюдение закона Ома невозможно в следующих ситуациях:

• Наличие высоких частот, при которых электрическое поле изменяется с большой скоростью.
• Низкотемпературный режим и сверхпроводимость.
• Сильно разогретые спирали ламп накаливания, когда отсутствует линейность напряжения.
• Пробой проводника или диэлектрика, вызванный высоким напряжением.
• Электронные и вакуумные лампы, заполненные газами.
• Полупроводники с р-п-переходами, в том числе, диоды и транзисторы.

Сила тока

Сила тока возникает при наличии частиц со свободными зарядами. Они перемещаются через поперечное сечение проводника из одной точки в другую. Источник питания создает электрическое поле, под действием которого электроны начинают двигаться упорядоченно.

Таким образом, сила тока является количеством электричества, проходящего через определенное сечение за единицу времени. Увеличить этот показатель можно путем увеличения мощности источника тока или изъятия из цепи резистивных элементов.

Международная единица СИ для тока – ампер. Это довольно большая величина, поскольку для человека смертельно опасными считаются всего 0,1 А. В электротехнике малые величины могут выражаться в микро- и миллиамперах.

Кроме того, сила тока может записываться с помощью основной формулы, когда известны значения напряжения и сопротивления. В числом виде она будет гласить следующее:

I = U/R

Сопротивление

Рассматривая закон ома для участка цепи, нельзя забывать о таком понятии, как сопротивление. Данная величина считается основной характеристикой проводника, поскольку именно сопротивление влияет на качество проводимости. Разные материалы проводят ток лучше или хуже. Это объясняется неоднородностью их структуры, различиями в кристаллических решетках. Поэтому в одних случаях электроны движутся с большей скоростью, а в других – с меньшей.

Собственным электрическим сопротивлением обладают все проводники, находящиеся в твердом, жидком, газообразном и плазменном состоянии. У каждого из них своя характеристика, называемая удельным сопротивлением. Данная величина отражает способность каждого материала к сопротивлению. За эталон принимается проводник длиной 1 м с поперечным сечением 1 м².

По закону Ома на участке цепи эта величина определяется: R = U/I.

Напряжение

Напряжение относится к важным характеристикам электрического тока, протекающего в проводнике. С физической точки зрения, это работа электрического поля, которое перемещает заряд на какое-то расстояние. В электротехнике напряжением считается разность потенциалов между двумя точками участка цепи. На практике эта величина служит для определения возможности подключения к сети потребителей электроэнергии, продолжительность их работы в этом состоянии.

В электрической цепи напряжение возникает следующим образом:

• Вначале цепь подключается к источнику тока путем соединения с двумя полюсами. Это может быть генератор или батарея.
• На одном полюсе или клемме – избыточное количество электроном, а на другом – их недостает. Первый условно считается положительным, второй – отрицательным.
• Электрическое поле источника энергии воздействуют на электроны положительного полюса и самого проводника, заставляя их двигаться в сторону отрицательного полюса и притягиваться к нему. Такое притяжение происходит из-за положительного заряда на этом полюсе, поскольку электроны здесь отсутствуют.
• Между обеими клеммами возникает разность потенциалов с определенным значением, что приводит к упорядоченному движению электронов в проводниках и подключенных нагрузках. Постепенно избыток электронов положительного полюса уменьшается, соответственно, снижается и потенциал. Характерным примером служит аккумуляторная батарея. При подключении нагрузки, ее потенциал будет падать, вплоть до полной разрядки. Для восстановления первоначальных свойств, потребуется подзарядка от постороннего источника тока.

При неизменной мощности источника энергии, значение напряжения может быть разным под действием следующих факторов:

1. Материал соединительных проводников. У каждого свой вольтамперный график.
2. Количество потребителей, подключенных к сети.
3. Температура окружающей среды.
4. Качество монтажа самой сети.

Понятие фазного напряжения

Фазное напряжение — это один из ключевых параметров переменного тока (AC), который характеризует электрический сигнал или систему в контексте электроэнергетики и электротехники. В переменном токе сигнал колеблется во времени и принимает вид синусоидальной волны, где существуют две основные характеристики: амплитуда и фаза.

Фазное напряжение представляет собой мгновенное значение напряжения в определенный момент времени в одной из трех фаз (обычно обозначаемых как A, B и C) в трехфазных системах переменного тока

Фазное напряжение важно, так как оно определяет моменты, когда электрические устройства и оборудование в системе начинают свою работу или выключаются

В трехфазных системах фазное напряжение сдвинуто по фазе на 120 градусов между фазами, что обеспечивает более эффективное использование электроэнергии и обеспечивает стабильность в работе электрических систем. Фазное напряжение также используется для определения момента переключения между фазами и для контроля сетевых параметров, таких как активная и реактивная мощность.

Важно отметить, что фазное напряжение отличается от линейного напряжения, которое равно корню из трех умноженных на фазное напряжение. Таким образом, понимание фазного напряжения играет критическую роль в электроэнергетических системах и позволяет эффективно управлять распределением и использованием электроэнергии в промышленных и домашних сетях

Характерные значения и стандарты

Электрическое напряжение: объяснение простыми словами

Электрическим напряжением обозначается физическая величина, равная разности потенциалов между двумя точками электрического поля при перемещении единичного заряда. Для простых пользователь такое обозначение не всегда понятно. Поэтому в этой статье мы попытаемся простым, доступным языком рассказать, что собой представляет электрическое напряжение, как оно измеряется и для чего это нужно.

Что такое разность потенциалов?

Для начала проанализируем рисунок:

В первой бутылке вода находится на уровне 300 мм, а во второй – на отметке 150 мм. Разница между уровнями воды в обоих емкостях составляет 150 мм. Если рассматривать это с точки зрения науки об электричестве, это и есть разность потенциалов.

Однако, что будет, если соединить обе бутылки шлангом, а внутрь поместить обычный пластиковый шарик?

Из школьного урока физики о принципе соединяющихся сосудах знаем, что из бутылки, где уровень воды больше, жидкость постепенно перетечет в бутылку с более низким уровнем. Под воздействием потока воды шарик внутри соединяющего шланга будет перемещаться. Процесс перетекания завершится после того, как в обоих бутылках уровень жидкости уравновесится, станет одинаковым.

Иными словами, в ситуации, когда в соединенных между собой емкостях уровень жидкости станет одинаковым, результатом разности потенциалов станет ноль. Шарик останется на месте за счет электродвижущей силы, которая, по итогам эксперимента, равна нулю.

Что такое электродвижущая сила?

Аналогично напряжению, единицей измерения электродвижущей силы (ЭДС) является Вольт.

Для проведения следующего эксперимента понадобится вольтметр (прибор, измеряющий вольты) и обычная батарейка.

При исходном замере прибор покажет 1.5 В (Вольта). Однако это не является напряжением – значение указывает на величину электродвижущей силы.

На следующем этапе эксперимента к батарейке подключаются две лампочки. А напряжение измеряется в разных участках электроцепи.

Внимание следует уделить следующим показателям: напряжение для одной лампочки составляет 1 Вольт, для другой же это значение 0.3 Вольта. Напряжение в используемых нами осветительных устройствах напрямую зависит от их мощности, измеряемой в Ваттах

Напряжение в используемых нами осветительных устройствах напрямую зависит от их мощности, измеряемой в Ваттах.

Мощность=Напряжение*ток (Р=U*I)

Из этого следует, что чем больше будет значение мощности лампы, тем большее напряжение будет на ней.

Однако, как же получается: если мощность батарейки 1.5 Вольта, к которой подключены лампочки, разделена на 1 Вольт и 0.3 Вольта, куда направились еще 0.2 Вольта? Дело в том, что каждая батарейка наделена своим внутренним сопротивлением, поэтому недостающие 0.2 Вольта были направлены именно сюда.

Резюме

Электродвижущей силой определена физическая величина, характеризующая в источниках тока работу сторонних силовых ресурсов. Посредством электродвижущей силы мы можем определять, как переносится заряд от источника тока по всей электрической цепи. Напряжение показывает этот процесс лишь на отдельном участке этой цепи. Если проще: напряжение – это внешнее силовое воздействие, способствующее перемещению шарика в шланге, соединяющим сосуды из выше приведенного примера. В электричестве напряжение обозначено силой, которая обеспечивает перемещение электронов между атомами.

Рассмотрим еще один пример

Представьте, что вам по силам будет поднять камень, вес которого составляет 40 кг. Это означает, что вы обладаете подъемной силой, равной 40 кг – в электричестве это обозначается как электродвижущая сила. Вы следуете и на своем пути вам попадается камень весом 20 кг. Вы его также берете и переносите на расстояние 10 метров. Для осуществления этого действия вам понадобилось определенное количество энергии, что в электричестве представляется как напряжение. Далее вам попадается камень весом в 30 кг. Следовательно, для его переноса из одного места в другое вам понадобится больше энергии, чем для камня, масса которого не превышала 20 кг. Однако подъемная сила (в электричестве ЭДС), независимо от веса переносимого вами камня, остается всегда одинаковой. При этом, вес камня определяет количество энергии, которая тратится на проведение этого действия (в электричестве это обозначено напряжением). Таким образом, на каждом отрезке вашего пути вы будете испытывать разное напряжение в зависимости от веса камня, который вы намерены перенести.

Как найти значение амплитуды напряжения

Все мы знаем, что дома у нас в розетках напряжение 220 В. Но не все знают, что это за напряжение. Давайте разберемся с этой ситуацией.

Для упрощения рассматриваемого примера мы предположим, что тип напряжения – синусоида, которая представляет собой переменное напряжение (изменяющееся от положительного к отрицательному с определенной периодичностью).

Рисунок 1 – Тип переменного напряжения

На рисунке 1 показана форма идеального синусоидального напряжения с одним периодом Т. Существует несколько значений напряжения, о которых обычно говорят и которые используются, рассматриваются:

Сейчас правильнее говорить о токе.

Отн.м.с. значение напряжения (U) обозначается латинской буквой без индекса, в литературе также можно встретить термин отн.м.с. значение напряжения.

Для периодически изменяющегося сигнала среднеквадратичное значение напряжения находится в период T:

Сведем формулу к простой форме, взяв в качестве переменного сигнала синусоиду. Между этими двумя параметрами существует взаимосвязь, которая выражается формулой:

Это означает, что значение амплитуды в 1,414 раза больше эффективного значения.

Вернемся к бытовым розеткам 220 В. Это среднеквадратичное значение напряжения, которое можно измерить с помощью тестера. Определим значение амплитуды его напряжения:

Среднее значение синусоидального тока, напряжения будет равно нулю. Поэтому, говоря о среднем значении переменного тока, рассматривайте его как половину периода.

Примечания

На рисунке 1 показана идеальная форма сетевого напряжения. Она описывается мгновенными значениями. Um – амплитуда (максимальное мгновенное значение). Но работу в электрооборудовании выполняет среднеквадратичное (эффективное) значение, величина которого находится по формуле, приведенной в статье. Я только что вывел приблизительную функцию, которая описывает вид напряжения, вот график:

Теперь подставим полученное в формулу для расчета эффективной стоимости:

Из формулы видно, что функция дает интеграл, или поле, и здесь не имеет значения, какой знак (+ или -) имеет напряжение.В сети есть “Фаза” и “Ноль”, первая имеет положительный потенциал по отношению к земле, т.е. на ней присутствует напряжение 220В, а ноль – это просто “провод”, пока вы не подключите прибор, по нему не течет ток. Включите прибор: ток протекает от фазы через прибор до нуля. Проверьте по индикатору, “все еще горит”, как выполняется работа по эффективному значению. Поставьте диод перед индикатором, он будет работать только на полволны, и вы заметите мерцание.

Читайте далее:

• Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
• Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
• Механические колебания и волны; FIZI4KA.
• Значение слова «амплитуда» в 11 словарях.
• 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
• Трехфазные электрические цепи; Студопедия.
• Затухающие колебания – это. Что такое затухающие колебания?.

Выводы

Изучая явление напряжения, под нагрузкой, можно сделать следующие выводы:

Напряжение имеет связь с электрическим потенциалом, который возникает между двумя точками в проводнике.
Под нагрузкой, напряжение на проводах уменьшается и это явление называется падением напряжения.
Падение напряжения между источником и нагрузкой зависит от сопротивления проводника и тока, который протекает через него.
Чем меньше сопротивление проводника, тем меньше падение напряжения и больше напряжение, достигающее нагрузки.
Понимание явления напряжения под нагрузкой позволяет правильно подбирать проводники и источники питания, что важно для эффективной работы электрических устройств.

Общее понимание работы схем электрических цепей и физики электричества позволит вам успешно находить и решать проблемы в работе электрических устройств, создавать новые проекты и разрабатывать эффективную электрическую инфраструктуру.