Проводник предоставляет путь для передачи электрического тока из источника в приемник, а активные и пассивные элементы регулируют этот ток. Различные измерения могут быть выполнены в электрической цепи для анализа ее характеристик.
Что такое электрическая цепь?
Электрическая цепь – это система электрических компонентов, соединенных проводами и предназначенных для преобразования электрической энергии из источника в приемник. Проводник предоставляет путь для передачи электрического тока из источника в приемник, а активные и пассивные элементы регулируют ток. Для анализа характеристик электрической цепи могут быть проведены различные измерения.
Как электрик, мы знаем, что провода – это неотъемлемая часть электроснабжения. Однако, для построения полноценной системы необходимо наличие и приемников, и источников электроэнергии, которые могут быть представлены в любом сочетании электротехнических устройств.
На рисунке 1 изображен базовый случай простейшей электрической цепи. В этой цепи есть источник питания, проводники, предохранитель и нагрузка. Поток электрической энергии поступает от источника питания через проводники к нагрузке, разрывая предохранитель в случае перегрузки или обрыва проводника.
Для прокладки электрических линий используются различные материалы, как провода, кабели, разъемы и прочее.
Электрики используют батареи и трансформаторные подстанции в качестве источника электрической энергии. Для организации электрических линий необходимо применить различные материалы, в том числе провода, кабели, разъемы и другие компоненты.
Электрики всех видов и размеров используются для приема электрической энергии. От маленьких лампочек в карманных фонарях до многоквартирных жилых домов – все они используют приемники энергии, показанные на рисунке.
Для достижения надежного электрического соединения, соединительные провода должны быть соответствующей мощности.
Теперь мы рассмотрим источники и приемники не более мощные, чем лампочка, которую мы упомянули ранее.
Как электрик, я должен отметить, что приемник в этой ситуации является нагрузкой. В процессе работы будут использоваться резисторы и, по необходимости, лампочки. Эти два компонента будут представлять собой нагрузку для источника питания. Простейшая электрическая цепь.
Рисунок 1. Изображение представляет собой простейшую электрическую цепь, в которой есть источник питания, провода и нагрузка.
Для того, чтобы электрическая цепь работала исправно, ее необходимо замкнуть. Это значит, что ток должен циркулировать от одного конца до другого. Для этого нужно подключить источник питания, напрямую или посредством вспомогательных элементов, к прибору, запросившему электричество. Для получения исправной электрической цепи необходимо наличие замкнутого цикла.
На стене повешена розетка – портал для электрического тока. Но пока в розетку ничего не подключено, то ток не потокует.
Напряжение, наоборот, присутствует во всех электрических системах, даже без замыкания.
Напряжение присутствует во всех электрических системах, но ток только в замкнутой цепи. Таким образом, напряжение есть, а тока нет!
Заряженная гальваническая батарея находится на столе и на ее клеммах присутствует напряжение, даже если она не подключена ни к какому устройству. Это напряжение называется электродвижущей силой (ЭДС) источника и обозначается буквой E в формулах и схемах. Закон Ома для всей цепи будет действовать так, что ЭДС источника будет равна произведению тока и сопротивления цепи.
Основываясь на законе Ома, мы можем определить ток в цепи, используя имеющееся напряжение и полное сопротивление, используя формулу:
В соответствии с законом Ома мы можем определить ток в цепи, используя имеющееся напряжение и полное сопротивление, выраженное в виде суммы сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления батареи. Это подтверждается формулой:
I = E/( R + r )
. Рисунок 2 показывает законченную цепь.1 представляет собой простейшую электрическую цепь. Она состоит из источника питания, изолятора, контактного устройства и резистора. Источник питания предоставляет мощность для включения цепи и других устройств, подключенных к нему. Изолятор предотвращает появление короткого замыкания между двумя проводами. Контактное устройство предоставляет возможность включать и выключать цепь. Резистор ограничивает мощность, проходящую через цепь, и предотвращает повреждение устройств, подключенных к ней.
На рисунке 2.1 представлена простейшая электрическая схема. Она включает источник питания, изолятор, контактное устройство и резистор. Источник питания запускает работу цепи и других подключенных устройств, при этом изолятор исключает возможность короткого замыкания соединения между проводами. Контактное устройство позв Таким образом, математическое выражение выглядит так: E = I * R.
Электрики часто используют такое понятие, как падение напряжения на участке цепи. Это просто произведение тока на сопротивление. Соответственно, математическое выражение можно записать так: E = I * R.
В дополнение к этому, мы также можем включить в расчет потенциальное сопротивление и расширить выражение до: E = I * (R + r) = I*R + I*r.
Таким образом, во втором слагаемом формулы представлено падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи, которое приводит к резкому снижению ЭДС при подключении нагрузки. Растущее внутреннее сопротивление приводит к постепенному снижению ЭДС батареи, пока, в конце концов, не достигнет значения, при котором вся ЭДС расходуется на преодоление внутреннего сопротивления батареи. Если при данной конфигурации разность напряжений на выходных клеммах становится невысокой, то это означает, что батарея разрядилась.
Если напряжение на выходных клеммах становится совсем незначительным, значит, энергию во внешнюю цепь больше отдавать невозможно. Подобное поведение говорит о том, что батарея разрядилась.
Для проверки этого можно использовать простейшую схему, показанную на рисунке 3. Если при такой конфигурации высокой разности напряжений на выходных клеммах не будет, то это значит, что батарея разрядилась.
Напряжение появится немедленно.
Для измерения напряжения в электрической цепи не нужно ничего собирать. Просто подключите к батарее вольтметр и приложите нагрузочное сопротивление. Напряжение будет обнаружено моментально (см. рисунок 3).
В целях проверки потребуется подключить резистор к батарее с помощью проводов с нулевой проволочной диаметром и провести расчеты напряжения и тока.
Для проверки батарей типа «Крона» рекомендуется использовать резистор с нагрузкой в 100 Ом. Для проведения проверки потребуется подключить резистор к батарее с помощью проводов с нулевым диаметром проволоки, а затем произвести расчеты для определения напряжения и тока.
Вольтметр покажет изменение напряжения, в зависимости от внутреннего сопротивления батареи. Фактическое значение напряжения может быть существенно меньше, чем предполагаемое.
При проверке с помощью вольтметра, если показанное напряжение ниже 7 вольт, значит, необходимо заменить «Крону». Каждая точка должна иметь свою проводку, а провода должны быть соединены с розетками и выключателями правильно.
Квартирная электропроводка представляет собой сложную систему соединений. Каждая точка питания требует особого внимания, а провода должны быть правильно подключены к розеткам и выключателям. Только правильно расставленные провода и правильно работающие выключатели гарантируют безопасность и электропитание в доме.
Подключая утюг, камин или другую мощную нагрузку, электрик заметит, что яркость свечения ламп в люстре значительно снижается.
Очевидно, что на проводах произошло снижение напряжения.
При проведении работ по электрике, внутреннее сопротивление источника электроэнергии определяется по значению сопротивления проводов.
Обычные гальванические элементы типа «пальцы – мизинцы» нужно проверить на ток короткого замыкания, подключив мультиметр в режим измерения тока. Важно помнить, что при этом необходимо использовать соответствующие приспособления для измерения тока.
Если элемент все еще активен, то он будет поставлять ток в несколько сот миллиампер, а свежая батарея может отдать до 3…5 ампер.
Однако, при проверке гальванических элементов используется прибор специального назначения, предназначенный для измерения тока пробоя. Он позволяет достоверно определить пропускную способность испытуемого элемента.
Невозможно провести подобную проверку с аккумуляторами, представляющими собой искусственные гальванические элементы. Они имеют совершенно другую конструкцию и высокую цену.
Для исследования электрических цепей удобен мультиметр. Однако, для проверки гальванических элементов необходимо использовать прибор специального назначения, предназначенный для измерения пробоя. Это позволяет определить точную проходимость исследуемого элемента.
Измерения в электрических цепях являются одной из основных областей изучения электрики. Наше понимание того, как работает электрический круг, зависит от нашего способа измерения некоторых параметров, включая напряжение и ток. Измерения могут быть произведены с помощью специальных инструментов, таких как мультиметры и осциллографы. Эти инструменты помогают нам измерять напряжение, ток и сопротивление в цепи. Знание об этих параметрах помогает электрику понять, как работает электрическая цепь и как можно исправить неисправности.