Сила тока в быту
Для того чтобы защитить бытовые сети от коротких замыканий и перегрузок, в цепь переменного электричества устанавливают автоматы. Это выключатели, рассчитанные на предельные значения, при которых происходит автоматическое разъединение цепи.
Так, автомат, рассчитанный на 2 ампера, выдержит кратковременную нагрузку до 2-х ампер, при кратковременной нагрузке большей, чем 2 А, он выключится. Существует понятие «время токовая характеристика (ВТХ)». Это параметр, который показывает зависимость времени срабатывания устройства от отношения тока, проходящего через выключатель, к его номинальному току срабатывания.
ВТХ имеет буквенные индексы, которые наносятся на корпус автоматического выключателя. Они обозначают кратность установки электромагнитного разъединителя к номинальному току автомата. Это самое маленькое значение, при котором произойдёт мгновенное отключение.
Буквенные индексы, обозначающие ВТХ, бывают:
- В (3 – 5* In);
- С (5 – 10* In);
- D (10 – 20* In).
При монтаже электрической проводки производится расчёт максимальной мощности потребителей, сечения применяемых проводов. При расчётах следят за тем, чтобы максимальная сила тока не превышала допустимого значения для выбранного сечения.
Применение АКБ
Есть множество типов аккумуляторов, которые используют в различных гаджетах, направлениях и системах:
- В энергетике, подстанциях телекоммуникационного оборудования, в качестве аварийного источника питания железнодорожных переездов применяются стационарные свинцовые аккумуляторы.
- Для питания шахтерских подъемников, средств связи, для запуска дизельных станций и двигателей авиации применяют Никель-кадмиевые АКБ.
- Для автономного питания портативных приборов используют Никель-металлогидридные АКБ.
- Портативные устройства, типа мобильного телефона, колонок, камер питаются с помощью Li-ion аккумуляторов.
- Некоторые портативные гаджеты могут снабжаться литий-полимерными АКБ. Их обычно позиционируют с повышенной безопасностью и увеличенным ресурсом, по сравнению с Li-ion.
Уже несколько десятилетий подряд Li-ion АКБ считаются наилучшими для небольших устройств из-за быстрого заряда, большей ёмкости в соизмерении с размером, имеют меньший вес и более долгий срок службы.
Электрический ток
Электричеством называют форму энергии, основанной на наличии электрических зарядов в веществе. Вся материя состоит из атомов, а атомы содержат заряженные частицы. Каждый протон в атомном ядре содержит одну единицу положительного электрического заряда, а каждый электрон, вращающийся вокруг ядра, несёт в себе единицу отрицательного. Электрические явления возникают, когда электроны покидают атомы: потеря одного или нескольких из них превращает атом в положительно заряженный ион. Все явления, происходящие с зарядами, могут быть отнесены к двум основным категориям:
- статическое электричество;
- электрический ток.
Электрический ток имеет отношение к поведению зарядов в движении. Чтобы они перемещались непрерывно, им нужно обеспечить беспрепятственный маршрут. Путь для зарядов называют электрической цепью. Простейшая электрическая цепь, как правило, состоит из следующих элементов:
- источника;
- нагрузки;
- соединяющих проводников.
Вам это будет интересно Буквенное обозначение элементов на электрических схемах Электрическим током называют любое движение носителей электрических зарядов: субатомных частиц (электронов или протонов), ионов (атомов, потерявших или набравших электроны) или квазичастиц (дырок в полупроводниках, которые можно рассматривать в качестве положительно заряженных носителей).
Ток в проводнике представляет собой движение электронов в одном направлении (постоянный) или с периодической сменой направления движения (переменный). В газах и жидкостях он состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных в обратном. Существуют и другие его виды, например, пучки протонов, позитронов или других заряженных мюонов в ускорителях частиц.
В отношении общепринятого направления тока существует некоторое противоречие, основа которого была заложена более двух веков назад. Поскольку в те времена электроны ещё не были обнаружены, учёные предположили, что перемещаемые частицы несли положительный заряд. Традиция обозначать направление тока как направление движения положительных частиц не забыта и сейчас, хоть в проводниках носителями заряда являются электроны.
На каких устройствах можно узнать емкость АКБ представленными способами
Получить информацию о емкости батареи при помощи рассмотренных вариантов можно на различных устройствах. Методы помогают рассчитать емкость аккумулятора планшета, телефона, ноутбука, автомобиля, электровелосипеда, ИБП и прочих аппаратов.
Пример расчета емкости батареи представлен на видео.
Емкость аккумулятора может рассчитываться в любое время эксплуатации. Использование одного из методов должно зависеть от разновидности аппарата и источника его питания. На выбор оказывает влияние и необходимое напряжение, время зарядки и разряда. Подробное изучение методологии позволит определять значения быстро и точно, не допуская ошибок и отклонений.
Связь мощности и тока в трехфазной сети
Принцип расчета мощности и тока для трехфазных сетей остается прежним. Главное отличие заключается в незначительной модернизации расчетных формул, что позволяет полноценно учесть особенности построения этого вида проводки.
ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как подключить люстру на 2,3,4,5 и более лампочек к выключателю
В качестве базового соотношения традиционно берется выражение:
W =1,73* U*I, (4)
причем U в данном случае представляет собой линейное напряжение, т.е. составляет U = 380 В.
Из выражения (4) вытекает выгодность применения в обоснованных случаях трехфазных сетей: при такой схеме построения проводки токовая нагрузка на отдельные провода падает в корень из трех раз при одновременном трехкратном увеличении отдаваемой в нагрузку мощности.
Для доказательства последнего факта достаточно заметить, что 380/220 = 1,73, а с учетом первого числового коэффициента получаем 1,73 * 1,73 = 3.
Приведенные выше правила связи токов и мощности для трехфазной сети формулируются в следующей форме:
- один кВт соответствует 1,5 А потребляемого тока;
- один ампер соответствует мощности 0,66 кВт.
Укажем на то, что все сказанное справедливо в отношении случая соединения нагрузки так называемой звездой, что наиболее часто встречается на практике.
Возможно еще соединение треугольником, которое меняет правила расчета, но оно встречается достаточно редко и в этой ситуации целесообразно обратиться к специалисту.
Как перевести ёмкость аккумулятора в Ватт-часы (Wh)
Если характеристики Wh на аккумуляторе нет , либо узнать это невозможно из-за конструктивной особенности (находится внутри зарядной установки, как в промышленном оборудовании , например), то просто умножьте известные из документации (либо с сайта производителя устройства/аккумулятора) Вольт на Ампер-часы .
Вт•ч (Wh) = В (V) * А•ч (Ah)
Рассмотрим пример №1
Есть аккумулятор ёмкостью 4400 мАч с напряжением 11,1 Вольт (мы узнали это с сайта производителя устройства, из которого извлекли «банку»).
- Разделим номинальное значение м•Ач на 1000, чтобы получить значение в А•ч.
- 4400 / 1000 = 4,4 А•ч
- Теперь мы умножим по формуле напряжение на значение в А•ч.
- 4,4 А•ч * 11,1 В = 48,8 Вт•ч
Согласно правилам перевозки авиацией, мы можем взять 2 таких аккумулятора, чтобы уместиться в лимит 100 Вт•ч ( ICAO ). На практике, конечно, придётся побороться за это право (убедить сотрудников, что Ваши расчёты верны и требования организации ИАТА соблюдены).
Рассмотрим пример №2
Нужно перевезти батарею 12 Вольт ёмкостью 50 Ач (например, для лодки или яхты). Возьмут ли её на борт?
- Всё также умножаем по формуле напряжение на значение ёмкости.
- 12 В * 50 А = 600 Вт•ч
Не возьмут. Это больше, чем самое лояльное правило IATA (160 Вт•ч). При вылете из России её поместят в специальное помещение с сохранением на месяц, после чего отправят в утилизацию .
Напишите, сталкивались ли вы с нерадивыми сотрудниками аэропортов, которые не пропускали повербанки или запасные аккумуляторы , скажем, от ноутбука? Высчитываете ли вы параметр Вт•ч (Wh) , когда берёте с собой в самолёт запасные литиевые перезаряжаемые батарейки?
О ёмкости аккумулятора и почему ампер часы?
Вообще, ампер-час представляет собой внесистемную единицу электрического заряда. Её основное использование – это выражение ёмкости аккумуляторов.
Как правило, такое обозначение применяется для указания ёмкости аккумуляторов в телефонах, планшетах и других мобильных гаджетах. Давайте посмотрим, что значит ампер-час на реальных примерах.
Ёмкость автомобильного аккумулятора
Исходя из вышесказанного, 62 Ач говорит нам о том, что этот аккумуляторная батарея способна на протяжении 20 часов отдавать ток 3,1 ампера. При этом напряжение на выводах батареи не опустится ниже 10,8 вольта.
Ёмкость аккумулятора ноутбука
Нужно ещё добавить, что системной единицей электрического заряда является кулон. Кулон связан с ампер-часами следующим образом. Один кулон в секунду равен 1 ампер. Следовательно, если перевести секунды в часы получится, что 1 ампер-час равен 3600 кулон.
Как связаны ёмкость аккумулятора (ампер-час) и его энергия (ватт-час)?
Запасаемая энергия аккумулятора в ватт-часах
Тогда для аккумулятора Galaxy Nexus получаем:
6,48 ватт-часа / 3,7 вольта = 1,75 ампер-часа или 1750 миллиампер-час.
Какие ещё есть разновидности ёмкости аккумулятора
Существует такое понятие, как энергетическая ёмкость аккумулятора. Она показывает способность АКБ разряжаться определённый временной интервал с постоянной мощностью. Временной интервал в случае автомобильных аккумуляторных батарей обычно устанавливают 15 минут. Энергетическую ёмкость первоначально стали измерять в Северной Америке, но затем к этому подключились производители АКБ в других странах. Её значение можно получить в ампер-часах по следующей формуле:
Е – энергетическая ёмкость в ампер-часах;
W – мощность при 15 минутном разряде.
Есть и ещё одна разновидность, которая пришла к нам из США, это резервная ёмкость. Она показывает способность АКБ питать бортовую движущейся машины при неработающем генераторе. Проще говоря, можно узнать, сколько аккумулятор даст вам проехать на машине, если генератор выйдет из строя. Рассчитать эту величину в ампер-часах можно по формуле:
Важно отметить следующий момент. Величина ёмкости, наносимая на аккумуляторах, вычисляется при определённых условиях
Чаще всего это разряд в течение 10 и 20 часов. То есть, 55 Ач означает, что АКБ можно 10 часов разряжать током 5,5 ампера. Но это вовсе не означает, что батарею можно 1 час разряжать током 55 ампер. Если увеличивать разрядный ток, то время разряда снижается в соответствии со степенной зависимостью. Подробнее об этом мы писали в статье о ёмкости автомобильного аккумулятора.
Здесь можно ещё добавить, что при параллельном соединении АКБ их ёмкость суммируется. При последовательном соединении значение ёмкости не меняется.
Определение мощности по силе тока для однофазной сети
Необходимость выполнения этой процедуры чаще всего возникает при задании ограничений по максимальной мощности электроприбора, который можно подключить к конкретной розетке или их группе.
При нарушении данного ограничения возрастают риски пожара, а пластмассовые декоративные элементы розетки могут расплавиться из-за избытка выделяющегося тепла.
На основании определений, которые в математической форме описываются выражениями (1) и (2), для нахождения мощности следует просто умножить ток на напряжение.
Максимально допустимый ток выносится на маркировку розетки и для большинства комнатных бытовых изделий этой разновидности обычно составляет 6 А.
ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как самостоятельно подключить электроплиту дома
Отдельно укажем на то, что риски повреждения розетки при подключении чрезмерно мощного устройства минимальны в правильно спроектированной бытовой проводке.
Это полезное свойство обеспечено:
- установкой автоматов;
- применением в мощных электроприборах вилок, которые физически не могут подключаться к обычным розеткам (механическая блокировка).
Своеобразным вариантом механической блокировки можно считать довольно популярное прямое соединение мощного стационарного устройства (кондиционер, бойлер) с сетью без использования розеток.
Воздействие на человека
В большинстве случаев электрический ток представляет собой поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно будет посчитать количество электронов в перемещённом заряде: 1 Кл = 6,24151·10 18. То есть один ампер равен потоку 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она иллюстративна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряют в амперах. В этом помогут следующие повседневные примеры:
- 160х10 -19 — один электрон в секунду;
- 0,7х10 -3 — слуховой аппарат;
- 5х10 -3 — пучок в кинескопе телевизора;
- 150х10 -3 — портативный ЖК телевизор;
- 0,2 — электрический угорь;
- 0,3 — лампа накаливания;
- 10 — тостер, чайник;
- 100 — стартер автомобиля;
- 30х10 3 — удар молнии;
- 180х10 3 — дуговая печь для ферросплавов;
- 5х10 6 — дуга между Юпитером и Ио.
Порог смертельно опасного воздействия на человеческий организм начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, способен стимулировать мышцы груди таким образом, что их спазмы могут вызвать полную остановку дыхания. Другой опасный эффект при подобном воздействии связан с фибрилляцией желудочков сердца. Основные факторы летальности:
- Сила тока. Так как сопротивление между точками входа и выхода — постоянная величина, по закону Ома высокое напряжение делает вероятным высокий ампераж.
- Маршрут протекания. Наиболее опасны для сердечной мышцы направления рука-рука и передняя-задняя части грудной клетки.
- Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и особенности организма (сопротивление кожи и её влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантов).
- Продолжительность воздействия.
Вам это будет интересно Последовательность в открытии электричества
Ампер с точки зрения физики
В физике и электротехнике ампер является величиной, характеризующей силу тока в количественном отношении. Для ее определения используются различные способы. Среди них наибольшее распространение получил метод прямых измерений, когда используется амперметр, тестер или мультиметр. При выполнении замеров эти приборы последовательно включаются в электрическую цепь.
Другой способ считается косвенным, требующим проведения специальных расчетов. В этом случае необходимо знать напряжение, приложенное к данному участку цепи, и сопротивление этого участка. После чего, сила тока легко определяется по формуле I = U/R, а полученный результат отображается в амперах.
В практической деятельности амперы используются довольно редко, поскольку эта единица считается слишком большой для обычного пользования. Поэтому большинство специалистов пользуются кратными единицами – миллиамперами (10-3А) и микроамперами (10-6А), которые по-другому могут обозначаться в виде 0,001 А и 0,000001 А. Однако при выполнении расчетов необходимо вновь перевести миллиамперы в амперы и во всех формулах применять уже эти единицы. Именно на этой стадии у многих возникает вопрос, как переводить миллиамперы в амперы.
Воздействие на человека
В большинстве случаев электрический ток представляет собой поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно будет посчитать количество электронов в перемещённом заряде: 1 Кл = 6,24151·10 18. То есть один ампер равен потоку 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она иллюстративна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряют в амперах. В этом помогут следующие повседневные примеры:
- 160х10 -19 — один электрон в секунду;
- 0,7х10 -3 — слуховой аппарат;
- 5х10 -3 — пучок в кинескопе телевизора;
- 150х10 -3 — портативный ЖК телевизор;
- 0,2 — электрический угорь;
- 0,3 — лампа накаливания;
- 10 — тостер, чайник;
- 100 — стартер автомобиля;
- 30х10 3 — удар молнии;
- 180х10 3 — дуговая печь для ферросплавов;
- 5х10 6 — дуга между Юпитером и Ио.
Порог смертельно опасного воздействия на человеческий организм начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, способен стимулировать мышцы груди таким образом, что их спазмы могут вызвать полную остановку дыхания. Другой опасный эффект при подобном воздействии связан с фибрилляцией желудочков сердца. Основные факторы летальности:
- Сила тока. Так как сопротивление между точками входа и выхода — постоянная величина, по закону Ома высокое напряжение делает вероятным высокий ампераж.
- Маршрут протекания. Наиболее опасны для сердечной мышцы направления рука-рука и передняя-задняя части грудной клетки.
- Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и особенности организма (сопротивление кожи и её влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантов).
- Продолжительность воздействия.
Вам это будет интересно Как сделать трансформатор 220 на 12 вольт своими руками
Связь с другими единицами СИ
Что такое амперы с точки зрения связи между электрическими единицами, можно увидеть на примерах:
- при силе тока в 1 ампер (А) поперечное сечение проводника за одну секунду пропускает через себя заряд в 1 кулон (Кл);
- при подаче заряда силой 1 ампер к обкладкам конденсатора с ёмкостью 1 Ф напряжение на пластинах будет расти, увеличиваясь каждую секунду на 1 В;
- ёмкость гальванических источников и аккумуляторов измеряется в ампер-часах (А*ч, или А*h), 1 А*ч = 3660 Кл, такое количество электричества протекает через проводник за 1 час;
- отдаваемая максимальная мощность (ватт) выпрямителей или блоков питания – вторая по значению характеристика подобных источников, имеет маркировку В*А;
- величина электричества в разряде молнии равна приблизительно 500 килоамперам (1 кА = 10³ А);
- лампочка накаливания мощностью 0,1 киловатт (кВт) потребляет 0,5 А.
Обозначение количества ампер наносится на корпуса автоматических выключателей и предохранителей.
Почему используются ампер-часы
Подобная маркировка позволяет легко определить, сколько времени батарея сможет отдавать нужный ток. Для этого достаточно разделить приведённые на маркировке данные об ампер-часах на требуемый ток. Например, от заряженной и исправной АКБ ёмкостью 55 А·ч ток 5,5 А можно получать 10 часов (расчёт прост: 55 А·ч : 5,5 А = 10 ч).
Конечно, оценка приблизительная и не означает, что полученный результат будет соответствовать прогнозам. Дело в том, что при периодической работе АКБ (когда она то подключена, то нет к нагрузке), когда она не отдаёт энергию, её ёмкость несколько восстанавливается. Кроме того, если ток превышает допустимый, то батарея может просто выйти из строя.
Последствия глубоко разряда АКБ и как его правильно зарядить после этого
При глубоком разряде происходит сульфитация пластин. Крупные кристаллы сульфата свинца (PbSO4) откладываются на положительно заряженных пластинах АКБ, тем самым забивая их. При этом сильно уменьшается площадь поверхности пластин, свободной от кристаллов сульфата свинца. Вследствие чего уменьшается ёмкость аккумулятора. Три, четыре полных разряда и практически все пластины будут забиты, а аккумулятор можно будет выкинуть.
Пластины АКБ забитые кристаллами сульфата свинца.
При штатных режимах работы (заряд – разряд) — образуются кристаллы небольших размеров и при заряде они растворяются в электролите. Таким образом очищаются пластины и ёмкость АКБ восстанавливается. Этого не происходит если произошел глубокий разряд, так как при нормальной зарядке крупные кристаллы сульфата свинца практически не растворяются в электролите. В этом случае для их растворения нужно использовать другой режим зарядки.
Глубоко разряженный аккумулятор следует заряжать напряжением 16,2 — 16.3В и малой силой тока — 1-0.5А. В таком режиме зарядки возможно частичное восстановление его ёмкости. За один цикл восстановить ёмкость и поднять плотность электролита до 1,27 г/см3 не получится. Поэтому, когда электролит на малых токах начал кипеть, то заряд необходимо прекратить и дать отстояться 2-3 часа. После этого опять повторяем зарядку. Этот процесс повторяем несколько раз. Таким образом возможно поднять плотность электролита до состояния полностью заряженного аккумулятора.
Но не следует забывать, что напряжение выше 14.5В подходит не для всех АКБ. К таким относятся гелиевые и гибридные.
Воздействие на человека
В большинстве случаев электрический ток представляет собой поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно будет посчитать количество электронов в перемещённом заряде: 1 Кл = 6,24151·10 18. То есть один ампер равен потоку 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она иллюстративна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряют в амперах. В этом помогут следующие повседневные примеры:
- 160х10 -19 — один электрон в секунду;
- 0,7х10 -3 — слуховой аппарат;
- 5х10 -3 — пучок в кинескопе телевизора;
- 150х10 -3 — портативный ЖК телевизор;
- 0,2 — электрический угорь;
- 0,3 — лампа накаливания;
- 10 — тостер, чайник;
- 100 — стартер автомобиля;
- 30х10 3 — удар молнии;
- 180х10 3 — дуговая печь для ферросплавов;
- 5х10 6 — дуга между Юпитером и Ио.
Порог смертельно опасного воздействия на человеческий организм начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, способен стимулировать мышцы груди таким образом, что их спазмы могут вызвать полную остановку дыхания. Другой опасный эффект при подобном воздействии связан с фибрилляцией желудочков сердца. Основные факторы летальности:
- Сила тока. Так как сопротивление между точками входа и выхода — постоянная величина, по закону Ома высокое напряжение делает вероятным высокий ампераж.
- Маршрут протекания. Наиболее опасны для сердечной мышцы направления рука-рука и передняя-задняя части грудной клетки.
- Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и особенности организма (сопротивление кожи и её влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантов).
- Продолжительность воздействия.
Вам это будет интересно Описание мегаомметра, назначение прибора и принцип работы
На что он влияет?
Описываемый нами показатель характеризует еще одну величину АКБ — пусковую мощность.
Данный показатель имеет ключевое значение для регионов с низкими среднегодовыми температурами и холодными зимами.
По мощности источника питания можно судить, насколько батарея может справиться с пуском мотора в критически низких температурах.
Во время испытания используется специальная нагрузка, схожая по своим характеристикам со стартером.
Разряд током производится до тех пор, пока напряжение не опустится до шести вольт. При этом в паспортные данные АКБ вносятся интервалы, при которых осуществлялись измерения и съем показаний.
По времени стартерного разряда можно судить о состоянии аккумуляторной батареи и ее энергетическом запасе (емкости). При этом чем больше номинальная емкость АКБ, тем большее число попыток придется сделать хозяину для заводки силового узла.
Результаты тестов и балы – таблица 1.
Важно учитывать, что параметр пускового тока может различаться у абсолютно идентичных по внешнему виду АКБ. Как правило, данный параметр зависит от свойств материалов, которые использовались в процессе создания аккумулятора, а также от ряда конструктивных особенностей
Как правило, данный параметр зависит от свойств материалов, которые использовались в процессе создания аккумулятора, а также от ряда конструктивных особенностей.
Так, пусковое значение тока может возрастать в случае роста пористости применяемых свинцовых пластин, повышения их числа, применения ортофосфорной кислоты и так далее.
Результаты тестов – таблица 2.
На практике наибольший пусковой ток выдают АКБ, выпускаемые для дизельных моторов.
К примеру, при емкости в 55 А/ч источник питания для бензинового мотора может достигать 255 Ампера. В то время как аналогичная батарея для дизельного мотора будет тянуть 300 Ампер.
Если во время покупки вы увидели, что при идентичных основных параметрах пусковой ток источника питания больше, то можно смело выбирать данное устройство.
В холодную погоду такой аккумулятор может выручить и позволит без особых сложностей завести мотор.
Результаты тестов – таблица 3.
При этом не нужно бояться, что завышенная величина как-то негативно скажется на оборудовании автомобиля или определенных его параметрах. Все, на что имеет действие параметр пускового тока, так это на надежность пуска.
