Расчет мощности по току и напряжению

Как создать длительный ток и что для этого необходимо

Положительный заряд – это недостаток электронов, а отрицательный – это их избыток. В момент соединения тел проводником, отрицательные электроны устремились к положительно заряженному телу.

А в конце ток прекратился потому, что заряды тел скомпенсировались и тела превратились в электрически нейтральные. Нам известно, что нейтральные тела электрическое поле не создают.

Значит, ток существует до тех пор, пока существует электрическое поле. Поэтому, нужно каким-либо образом поддерживать электрическое поле. А для этого нужно, чтобы одно из тел обладало избыточным отрицательным зарядом. То есть, нужно поддерживать на одном из тел отрицательный, а на другом – положительный заряд. Пока заряды тел будут поддерживаться, ток будет существовать.

Чтобы на теле с положительным зарядом поддерживать этот заряд, нужно убирать с этого тела прибежавшие туда электроны и отправлять их обратно на отрицательно заряженное тело.

Такая схема по своему устройству напоминает фонтан, в котором насос поддерживает разность давлений. В нагнетающей воду трубе давление больше, чем в трубе, через которую вода поступает обратно в насос.

Рис. 18. Поток воды циркулирует благодаря насосу, поддерживающему разность давлений

Именно благодаря этой разности, из одной трубы вода выплескивается вверх, а собранная в чашу вода попадает обратно в насос. При этом, по контуру циркулирует одно и то же количество воды, то есть, водяной контур замкнут. А ток воды в этом контуре поддерживается специальным устройством – насосом. Он совершает работу против силы тяжести.

Рис. 19. Водяной насос в фонтане совершает работу против силы тяжести

Сторонние силы — что это такое

Подобно своеобразному насосу устроен источник тока. Внутри источника действуют сторонние силы. Они возвращают электроны на «-» контакт.

На заряды в электрическом поле будет действовать сила. Она называется силой Кулона и имеет электрическую природу. Электроны будут притягиваться к телу, имеющему положительный заряд.

Сила Кулона будет мешать возвращать электроны на отрицательное тело. Подобно силе тяжести, которая мешает воде в фонтане двигаться вверх.

Чтобы вернуть электроны на отрицательно («-») заряженное тело, нужно совершить против силы Кулона. Значит, должна присутствовать какая-то внешняя сила, возвращающая электроны на отрицательно («-») заряженное тело. Эта сила имеет неэлектрическую природу, она называется сторонней силой.

Рис. 20. Источник тока совершает работу против электрической силы Кулона

Теперь можно ответить на вопрос: Что такое источник тока?

Во время существования электрического тока сами электроны не расходуются. Они, как вода в фонтане, циркулируют по замкнутой траектории.

Чтобы ток существовал постоянно, нужно, чтобы между заряженными противоположно телами электрическое поле существовало непрерывно.

Примечание: В качестве заряженных противоположно тел можно рассматривать контакты источника тока.

Для этого электроны нужно пропустить по замкнутому контуру, т. е. непрерывной электрической цепи. Поэтому, еще одно условие существования постоянного тока – это замкнутая электрическая цепь. Как только замыкается цепь, в направленное движение приходят все заряженные частицы, находящиеся в этой цепи.

Рис. 21. Электрический ток источник может создать только в замкнутой цепи

В такой цепи заряды циркулируют по замкнутой траектории. То есть, заряд, вышедший из источника и совершивший полный оборот, попадет обратно в источник тока. Там он будет подхвачен сторонними силами и через противоположный вывод источника тока попадает обратно в цепь. Затем, будет двигаться далее и, совершит следующий круг. Поэтому, во время протекания электрического тока сами заряды не расходуются.

Нам известно, если на заряд действует сила и, под действием этой силы заряд перемещается, то эта сила совершает работу.

Это значит, что сторонние силы в источнике совершают работу. Подробнее о работе сторонних сил (ссылка).

Основные критерии выбора

Для того чтобы правильно подобрать вводной автомат (ВА) нужно знать на какие характеристики стоит обратить внимание при покупке

Номинальный ток

Это самая важная характеристика при выборе вводного защитного устройства. Это свойство прибора обозначает максимальный ток, при превышении которого произойдёт отключение питания, за определённое время.

Вне зависимости от того, является автомат вводным или обеспечивающим защиту конкретной линии (провода), его расчёт производится по максимальной мощности потребителей электроэнергии. Номинал вводного устройства выбирают, рассчитывая мощность (или ток) всех потребителей при одновременном включении в сеть, для большей безопасности уменьшая полученное число на 10-15%, округляя в сторону меньшего значения.

Количество полюсов

Существуют автоматы с разным количеством полюсов. Однополюсные применяют для защиты отдельных линий. Функции вводного автомата обычно выполняют двух, трех или четырехполюсные автоматические выключатели.

Важное правило, которое поможет выбрать количество полюсов заключается в том, что для однофазных сетей применяют двухполюсные автоматы, а для трехфазных – трех или четырехполюсник. Двухполюсные выключатели выполнены с общим для обоих полюсов рычагом и механизмом отключения

То есть при аварийной ситуации происходит отключение сразу двух полюсов (обычно к одной клемме подключают фазу, ко второй — ноль). Такие приборы часто применяются в однофазных сетях жилых помещений многоквартирных домов

Двухполюсные выключатели выполнены с общим для обоих полюсов рычагом и механизмом отключения. То есть при аварийной ситуации происходит отключение сразу двух полюсов (обычно к одной клемме подключают фазу, ко второй — ноль). Такие приборы часто применяются в однофазных сетях жилых помещений многоквартирных домов.

Трехполюсный (или четырёхполюсный) автомат используют при вводе электрического кабеля в частные дома при трехфазной сети, а также в промышленных зданиях и даже в некоторых квартирах. К каждой клемме прибора подключают по фазе (и ноль, если это четырехполюсник). Он также, как и двухполюсник имеет один общий рычаг для всех полюсов и при перегрузке отключает питание по всем фазам.

Времятоковая характеристика

Характеризует ток мгновенного расцепления и чаще всего обозначается на приборе латинскими буквами B, C или D. От времятоковой характеристики зависит чувствительность защитного устройства к пусковым токам электроприборов и оборудования. Для вводного автоматического выключателя это свойство является важным, так как оно влияет на срабатывание нижестоящих групп автоматов.

Чаще всего используют следующие типы автоматов по времятоковой характеристике:

• B – при значении тока в 3 — 5 раз выше номинального сработает электромагнитный выключатель устройства и оно мгновенно отключится;
• C – электромагнитный расцепитель отключит устройство при превышении тока в 5-10 раз;
• D – сработает при превышении тока в 10-20 раз от номинального.

Для вводного автомата в жилые помещения применяют устройства с времятоковой характеристикой типа C, так как большинство приборов в домашних условия не имеют больших пусковых токов и не будут оказывать негативного влияния на электрическую сеть квартиры или дома.

Характеристики срабатывания каждого устройства указываются в паспорте и инструкции завода-изготовителя автоматического выключателя.

Способ крепления

Все автоматические выключатели имеют стандартное крепление и помещаются на дин-рейку в электрощите. Это же правило относится и к вводным автоматам. Исключение составляют специальные устройства для промышленных целей, которые могут закрепляться без дин-рейки на специальные крепления.

Бренд выключателя

При выборе вводного защитного выключателя, также как и в случае выбора любых электротехнических устройств важно ориентироваться на известного производителя, заслужившего признание. Такие производители дают гарантию качества на свои устройства и изготавливают надежные, долговечные и безопасные автоматические выключатели

К самым популярным на сегодняшний момент относятся автоматы следующих производителей:

Виды мощностей

Мощностью называется измеряемая физическая величина, которая равна скорости изменения с преобразованием, передачей или потреблением системной энергии. Согласно более узкому понятию, это показатель, который равен отношению затраченного времени на работы к самому периоду, который тратится на работу. Обозначается в механике символом N. В электротехнической науке используется буква P. Нередко можно увидеть также символ W, от слова ватт.

Мощность переменного тока -это произведение силы тока с напряжением и косинусом сдвига фаз. При этом беспрепятственно можно посчитать только активную и реактивную разновидность. Узнать полное мощностное значение можно через векторную зависимость этих показателей и площади.

Основные мощностные разновидности

Активная мощность

Активной называется полезная сила, определяющая процесс прямого преобразования электроэнергии в необходимый вид силы. В каждом электроприборе преобразовывается она по-своему. К примеру, в лампочке получается свет с теплом, в утюге — тепло, а в электрическом двигателе — механическая энергия. Соответственно, показывает КПД устройства.

Активная разновидность

Реактивная мощность

Реактивной называется та, которая определяется при помощи электромагнитного поля. Образуется при работе электроприборов

Обратите внимание! Это вредная и паразитная мощностная характеристика, которая определяется тем, каков характер нагрузки. Для лампочки она равняется нулю, а для электродвигателя она может быть равна большим значением. Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД

Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания. Обе измеряются в ваттах и имеют большое значение в электромагнитном излучении, механической форме генератора или акустической волне. Активно применяются в промышленности

Активно применяются в промышленности.

Реактивная разновидность

Полная мощность

Полная — это сумма активной с реактивной мощностью. Равна сетевому мощностному показателю. Это произведение напряжения с током в момент игнорирования фазы угла между ними. Вся рассеиваемая с поглощаемой и возвращаемой энергией — это полная энергия.

Это произведение напряжения и тока, единица измерения которого это ватт, перемноженный на ампер. При активности цепи, полная равняется активной. Если речь идет об индуктивной или емкостной схеме, то полная больше, чем активная.

Полная разновидность

Комплексная мощность

Это сумма всех мощностных показателей фаз источника электроэнергии. Это комплексный показатель, модуль которого равняется полному мощностному показателю электроцепи. Аргументом является фазовый сдвиг между электротоком с сетевым напряжением. Может быть выражена уравнением, где суммарный мощностный показатель, который генерируют источники электроэнергии, равен суммарному мощностному показателю, который потребляется в электроцепи.

Обратите внимание! Вычисляется посредством использования соответствующей формулы. Так, необходимо комплексное напряжение перемножить на комплексны ток или же удвоенное значение комплексного тока перемножить на импеданс. Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса

Также можно удвоенное значение комплексного напряжения поделить на удвоенное значение импеданса.

Комплексная разновидность

Расчет КПД электродвигателя

Онлайн расчет КПД (коэффициента полезного действия) электродвигателя

Расчет коэффициента полезного действия электродвигателя производится по следующей формуле:

η=P/√3UIcosφ

• P — Номинальная мощность электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателялибо определяется рассчетным путем);
• U — Номинальное напряжение (напряжение на которое подключается электродвигатель);
• I — Номинальный ток электродвигателя (берется из паспортных данных электродвигателя, а при их отсутствии определяется расчетным путем);
• cosφ — Коэффициент мощности — отношение активной мощности к полной (принимается от 0,75 до 0,9 в зависимости от мощности электродвигателя);

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Расчет потребляемой мощности

Электромощность является величиной, которая отвечает за факт скорости изменения или передачи электрической энергии. Есть полная и активная мощностная нагрузка, а также активная и реактивная. Полная вычисляется так: S = √ (P2 + Q2), где P является активной частью, а Q реактивной. Для нахождения потребляемого мощностного показателя необходимо знать число электротока, которое потребляется нагрузкой, а также питательное напряжение, которое выдается при помощи источника.

Что касается бытового определения потребляемой электрической энергии, необходимо вычислить общее количество ватт питания электрических приборов и паспортные данные номинальной силы электротока котла. Как правило, все электрические приборы работают с переменным током и напряжением в 220 вольт. Для вычисления тока проще всего воспользоваться амперметром. Зная первый и второй параметры, реально узнать величину потребляемой энергии.

Стоит указать, что измерить мощность через напряжение или сделать расчет мощности по сопротивлению и напряжению возможно не только формулой, но и прибором. Для этого можно воспользоваться мультиметром с токоизмерительными клещами или специализированным измерителем — ваттметром.

Обратите внимание! Оба работают по одному и тому же принципу, указанному в руководстве по их эксплуатации. Подсчет потребляемой мощности

Мощность, ток и напряжение — три составляющие расчета проводки в доме. Узнать все необходимые параметры в любой сети просто при помощи формул, представленных выше. От этих значений будет зависеть исправность работы всей домашней электрики и безопасность ее владельца.

https://youtube.com/watch?v=dwaSF3W4TxU

Выбираем сечение кабеля по мощности

Подобрать сечение провода можно по мощности приборов, которые будут подключаться. Эти приборы называются нагрузкой и метод может еще называться «по нагрузке». Суть его от этого не меняется.

Выбор сечения кабеля зависит от мощности и силы тока

Собираем данные

Для начала находите в паспортных данных бытовой техники потребляемую мощность, выписываете ее на листочек. Если так проще, можно посмотреть на шильдиках — металлических пластинах или стикерах, закрепленных на корпусе техники и аппаратуры. Там есть основная информация и, чаще всего, присутствует мощность. Опознать ее проще всего по единицам измерения. Если изделие произведено в России, Белоруссии, Украине обычно стоит обозначение Вт или кВт, на оборудовании из Европы, Азии или Америки стоит обычно английское обозначение ваттов — W, а потребляемая мощность (нужна именно она) обозначается сокращением «TOT» или TOT MAX.

Пример шильдика с основной технической информацией. Нечто подобное есть на любой технике

Если и этот источник недоступен (информация затерлась, например, или вы только планируете приобрести технику, но еще не определились с моделью), можно взять среднестатистические данные. Для удобства они сведены в таблицу.

Таблица потребляемой мощности различных электроприборов

Находите ту технику, которую планируете ставить, выписываете мощность. Дана она порой с большим разбросом, так что иногда трудно понять, какую цифру брать. В данном случае, лучше брать по-максимуму. В результате при расчетах у вас будет несколько завышена мощность оборудования и потребуется кабель большего сечения. Но для вычисления сечения кабеля это хорошо. Горят только кабели с меньшим сечением, чем это необходимо. Трассы с большим сечением работают долго, так как греются меньше.

Суть метода

Чтобы подобрать сечение провода по нагрузке, складываете мощности приборов, которые будут подключаться к данному проводнику

При этом важно, чтобы все мощности были выражены в одинаковых единицах измерения — или в ваттах (Вт), или в киловаттах (кВт). Если есть разные значения, приводим их к единому результату

Для перевода киловатты умножают на 1000, и получают ватты. Например, переведем в ватты 1,5 кВт. Это будет 1,5 кВт * 1000 = 1500 Вт.

Если необходимо, можно провести обратное преобразование — ватты перевести в киловатты. Для это цифру в ваттах делим на 1000, получаем кВт. Например, 500 Вт / 1000 = 0,5 кВт.

Далее, собственно, начинается выбор сечения кабеля. Все очень просто — пользуемся таблицей.

Сечение кабеля, мм2	Диаметр проводника, мм	Медный провод	Алюминиевый провод
Ток, А	Мощность, кВт	Ток, А	Мощность, кВт
220 В	380 В	220 В	380 В
0,5 мм2	0,80 мм	6 А	1,3 кВт	2,3 кВт
0,75 мм2	0,98 мм	10 А	2,2 кВт	3,8 кВт
1,0 мм2	1,13 мм	14 А	3,1 кВт	5,3 кВт
1,5 мм2	1,38 мм	15 А	3,3 кВт	5,7 кВт	10 А	2,2 кВт	3,8 кВт
2,0 мм2	1,60 мм	19 А	4,2 кВт	7,2 кВт	14 А	3,1 кВт	5,3 кВт
2,5 мм2	1,78 мм	21 А	4,6 кВт	8,0 кВт	16 А	3,5 кВт	6,1 кВт
4,0 мм2	2,26 мм	27 А	5,9 кВт	10,3 кВт	21 А	4,6 кВт	8,0 кВт
6,0 мм2	2,76 мм	34 А	7,5 кВт	12,9 кВт	26 А	5,7 кВт	9,9 кВт
10,0 мм2	3,57 мм	50 А	11,0 кВт	19,0 кВт	38 А	8,4 кВт	14,4 кВт
16,0 мм2	4,51 мм	80 А	17,6 кВт	30,4 кВт	55 А	12,1 кВт	20,9 кВт
25,0 мм2	5,64 мм	100 А	22,0 кВт	38,0 кВт	65 А	14,3 кВт	24,7 кВт

Чтобы найти нужное сечение кабеля в соответствующем столбике — 220 В или 380 В — находим цифру, которая равна или чуть больше посчитанной нами ранее мощности. Столбик выбираем исходя из того, сколько фаз в вашей сети. Однофазная — 220 В, трехфазная 380 В.

В найденной строчке смотрим значение в первом столбце. Это и будет требуемое сечение кабеля для данной нагрузки (потребляемой мощности приборов). Кабель с жилами такого сечения и надо будет искать.

Немного о том, медный провод использовать или алюминиевый. В большинстве случаев, при прокладке проводки в доме или  квартире, используют кабели с медными жилами. Такие кабели дороже алюминиевых, но они более гибкие, имеют меньшее сечение, работать с ними проще. Но, медные кабели с большого сечения, ничуть не более гибкие чем алюминиевые. И при больших нагрузках — на вводе в дом, в квартиру при большой планируемой мощности (от 10 кВт и больше) целесообразнее использовать кабель с алюминиевыми проводниками — можно немного сэкономить.

Как вычислить?

Определить любую величину, касаемую электрической энергии, поможет закон Ома. Он гласит: напряжение равняется силе тока, умноженной на сопротивление, а мощность – это сила, умноженная на напряжение.

Напряжение тока – это его сила умноженная на сопротивление. Показатель нужен для подбора оптимальных проводов и кабелей в домеПолучается, чтобы рассчитать ток по мощности, надо знать его силу и напряжение. Но как рассчитать амперы, зная мощность и напряженность, например? Опять же следуя закону Ома. Для этого необходимо мощность разделить на напряженность.

Произвести точный расчет можно с помощью нашего калькулятора.

Достаточно просто узнать силу тока, гораздо сложнее – произвести расчет сечения проводов. Для этого нужно посчитать силу тока и воспользоваться следующей таблицей:

Сечение медного провода в зависимости от величины потребляемого тока
Максимальный ток в амперах	1	2	3	4	5	6	10	16	20	25	32	40	50	63
Сечение жилы провода в миллиметрах	0,17	0,33	0,52	0,67	0,84	1	1,7	2,7	3,3	4,2	5,3	6,7	8,4	10,5

Для того чтобы посчитать мощность, зная ток и напряженность, используйте представленную ниже таблицу:

Электрическое оборудование	Мощность прибора в ваттах	Сила в амперах
Стиральная машинка	2000	10
«Теплый пол»	1000	5
Кухонная плита	7000	35
Микроволновка	1000	5
Посудомойка	2000	10
Холодильник	250	1
Кухонный комбайн	1100	5
Чайник	1900	9
Кофеварка	1100	5
Миксер	300	1,4
Фен	1000	2
Утюг	1500	6
Пылесос	1200	5
Телевизор	150	0,7
Радио	100	0,4
Светильники	50	0,2

Используя даже один из показателей и зная напряжение в сети, вы сможете без труда рассчитать ток.

Оборудование для защиты сети от короткого замыкания

Вы уже знаете, как посчитать амперы, зная мощность и напряжение, или вычислить мощность, когда известны сила тока и напряжение. Но иногда даже точные и верные расчеты не спасают от короткого замыкания. ЧП может случиться на трехфазной линии по не зависящим от пользователя причинам: попадание постороннего объекта на провода, обрыв из-за падения дерева. В таком случае даже если вы максимально правильно рассчитали силу тока по мощности и в вашем доме самая идеальная проводка, возможен пожар или выход электроприборов из строя. Защитить свою сеть можно следующими способами:

• поставить плавкий предохранитель. Если амперы в электроцепи превысят допустимые значения, то предохранитель расплавится, цепь будет нарушена. Цена плавкого предохранителя – 400-600 рублей. Выбирайте товар отечественного производства, рассчитанный на работу с нашими электросетями;
• установить автоматический выключатель. Это современное оборудование, которое надежно защищает бытовые приборы от преждевременного выхода из строя вследствие проблемы с проводами. Стоит от 200 до 2 тысяч рублей. Сработает за секунды в отличие от плавкого предохранителя, которому на размыкание потребуется примерно полминуты. При подключении изучите подробную информацию о маркировках проводов.

Автоматический выключатель тока защитит бытовую технику от поломок из-за короткого замыкания сети

О защите от короткого замыкания –  в видео:

Watch this video on YouTube

Работа электрического тока

Проходя по цепи, ток совершает работу. Как например, водный поток направить течь, на лопасти генератора, то пон будет совершать работу, вращая лопасти. Так же и ток совершает работу, двигаясь по проводнику. И эта работа тем выше, чем больше величина сила тока и напряжения. Работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока, напряжению и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинским символом A. Так как, произведение I×U есть мощность, то формулу работы электрического тока можно записать: A = P×t

Единицей измерения работы электрического тока, является ватт в секундах или в джоулях. Поэтому, если мы хотим вычислить, какую работу осуществил ток, идя по цепи в течение временного интервала, мы должны умножить мощность на время Рассмотрим практический пример, через реостат с сопротивлением 5 Ом идет ток силой 0,5 А. Нужно вычислить, какую работу совершит ток в течение четырех часов. Работа в течение одной секунды будет: P=I2R = 0,52×5= 0,25×5 =1,25 Вт,

Тогда за 4 часа t=14400 секунд. Следовательно: А = Р×t= 1,25×14 400= 18 000 вт-сек. Ватт-секунда или один джоуль считаетсяя слишком малой велечиной для измерения работы. Поэтому на практике применяют единицу, называемую ватт-час (втч). Один ватт-час это эквивалентно 3 600 Дж. В электротехнике используются и еще большие единицы, гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч): 1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж, 1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж, 1 втч = 3 600 Дж.

Как рассчитать сопротивление и мощность

Допустим, требуется подобрать токоограничивающий резистор для блока питания схемы освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 вольта и ток потребления «I» в 0,5 ампера, который нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома вычислим сопротивление «R». R=24/0,5=48 Ом. На первый взгляд номинал резистора определен. Однако, этого недостаточно. Для надежной работы семы требуется выполнить расчет мощности по току потребления.

Согласно действию закона Джоуля — Ленца активная мощность «Р» прямо пропорционально зависит от тока «I», проходящего через проводник, и приложенного напряжения «U». Эта взаимосвязь описана формулой Р=24х0,5=12 Вт.

Проведенный расчет мощности резистора по току его потребления показывает, что в выбираемой схеме надо использовать сопротивление величиной 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, будет греться и со временем сгорит. Этим примером показана зависимость того, как на мощность потребителя влияют ток нагрузки и напряжение в сети.

Параметры автоматических выключателей

Для обеспечения правильного выбора номинала устройств отключения необходимо понимание принципов их работы, условий и времени срабатывания.

Рабочие параметры автоматических выключателей стандартизированы российскими и международными нормативными документами.

Основные элементы и маркировка

В конструкцию выключателя входят два элемента, которые реагируют на превышение силой тока установленного диапазона значений:

• Биметаллическая пластина под воздействием проходящего тока нагревается и, изгибаясь, надавливает на толкатель, который разъединяет контакты. Это “тепловая защита” от перегрузки.
• Соленоид под воздействием сильного тока в обмотке генерирует магнитное поле, которое давит сердечник, а тот уже воздействует на толкатель. Это “токовая защита” от короткого замыкания, которая реагирует на такое событие значительно быстрее, чем пластина.

Типы устройств электрической защиты обладают маркировкой, по которой можно определить их основные параметры.

На каждом автоматическом выключателе обозначены его основные характеристики. Это позволяет не перепутать устройства, когда они установлены в щитке

Тип времятоковой характеристики зависит от диапазона уставки (величины силы тока при которой происходит срабатывание) соленоида. Для защиты проводки и приборов в квартирах, домах и офисах используют выключатели типа “C” или, значительно менее распространенные – “B”. Особенной разницы между ними при бытовом применении нет.

Тип “D” используют в подсобных помещениях или столярках при наличии оборудования с электродвигателями, которые имеют большие показатели пусковой мощности.

Существует два стандарта для устройств отключения: жилой (EN 60898-1 или ГОСТ Р 50345) и более строгий промышленный (EN 60947-2 или ГОСТ Р 50030.2). Они отличаются незначительно и автоматы обоих стандартов можно использовать для жилых помещений.

По номинальному току стандартный ряд автоматов для использования в бытовых условиях содержит приборы со следующими значениями: 6, 8, 10, 13 (редко встречается), 16, 20, 25, 32, 40, 50 и 63 A.

Время-токовые характеристики срабатывания

Для того чтобы определить быстроту срабатывания автомата при перегрузке существуют специальные таблицы зависимости времени отключения от коэффициента превышения номинала, который равен отношению существующей силы тока к номинальной:

K = I / I_n.

Резкий обрыв вниз графика при достижении значения коэффициента диапазона от 5 до 10 единиц, обусловлен срабатыванием электромагнитного расцепителя. Для выключателей типа “B” это происходит при значении от 3 до 5 единиц, а для типа “D” – от 10 до 20.

График показывает зависимость диапазона времени срабатывания автоматов типа “C” от отношения силы тока к значению, которое установлено для этого выключателя

При K = 1,13 автомат гарантированно не отключит линию в течение 1 часа, а при K = 1,45 – гарантированно отключит за это же время. Эти величины утверждены в п. 8.6.2. ГОСТ Р 50345-2010.

Чтобы понять, за какое время сработает защита, например, при K = 2, необходимо провести вертикальную линию от этого значения. В результате получим, что согласно приведенному графику, отключение произойдет в диапазоне от 12 до 100 секунд.

Столь большой разброс времени обусловлен тем, что нагрев пластины зависит не только от мощности проходящего через нее тока, но и параметров внешней среды. Чем выше температура, тем быстрее срабатывает автомат.

Мощность тока через конденсатор

Пусть на конденсатор подано переменное напряжение . Как мы знаем, ток через конденсатор опережает по фазе напряжение на :

Для мгновенной мощности получаем:

График зависимости мгновенной мощности от времени.

 Мощность переменного тока через конденсатор.

Чему равно среднее значение мощности? Оно соответствует «середине» синусоиды и в данном случае равно нулю! Мы видим это сейчас как математический факт. Но интересно было бы с физической точки зрения понять, почему мощность тока через конденсатор оказывается нулевой.

Для этого давайте нарисуем графики напряжения и силы тока в конденсаторе на протяжении одного периода колебаний.

Напряжение на конденсаторе и сила тока через него.

Рассмотрим последовательно все четыре четверти периода.

1. Первая четверть, . Напряжение положительно и возрастает. Ток положителен (течёт в положительном направлении), конденсатор заряжается. По мере увеличения заряда на конденсаторе сила тока убывает.

Мгновенная мощность положительна: конденсатор накапливает энергию, поступающую из внешней цепи. Эта энергия возникает за счёт работы внешнего электрического поля, продвигающего заряды на конденсатор.

2. Вторая четверть, . Напряжение продолжает оставаться положительным, но идёт на убыль. Ток меняет направление и становится отрицательным: конденсатор разряжается против направления внешнего электрического поля.В конце второй четверти конденсатор полностью разряжен.

Мгновенная мощность отрицательна: конденсатор отдаёт энергию. Эта энергия возвращается в цепь: она идёт на совершение работы против электрического поля внешней цепи (конденсатор как бы «продавливает» заряды в направлении, противоположном тому, в котором внешнее поле «хочет» их двигать).

3. Третья четверть, . Внешнее электрическое поле меняет направление: напряжение отрицательно и возрастает по модулю. Сила тока отрицательна: идёт зарядка конденсатора в отрицательном направлении.

Ситуация полностью аналогична первой четверти, только знаки напряжения и тока — противоположные. Мощность положительна: конденсатор вновь накапливает энергию.

4. Четвёртая четверть, . Напряжение отрицательно и убывает по модулю. Конденсатор разряжается против внешнего поля: сила тока положительна.

Мощность отрицательна: конденсатор возвращает энергию в цепь. Ситуация аналогична второй четверти — опять-таки с заменой заменой знаков тока и напряжения на противоположные.

Мы видим, что энергия, забранная конденсатором из внешней цепи в ходе первой четверти периода колебаний, полностью возвращается в цепь в ходе второй четверти. Затем этот процесс повторяется вновь и вновь. Вот почему средняя мощность, потребляемая конденсатором, оказывается нулевой.

Результирующая сила

Для корректного описания перемещения объектов в физике используют понятие равнодействующей или результирующей силы. Равнодействующая — это сила, которая своим действием эквивалента влиянию всех сил, приложенных к телу. Понятно, что равнодействующая представляет собой векторную сумму всех воздействующих на объект сил. При разнонаправленных векторах результирующая сумма может оказаться эквивалентной нулю. Вспомним знаменитую басню Крылова «Лебедь, рак и щука»: животные приложили силы таким образом, что равнодействующая стала равной нулю. А если к телу силы не приложены, оно остается в состоянии покоя. Поэтому воз и ныне там.

Законы Ньютона

Влияние сил на тела впервые описал Исаак Ньютон — один из величайших физиков и математиков всех времен. Он сформировал три закона или аксиомы механики, благодаря которым мы знаем принципы работы сил. Законы Ньютона использовались при описании многих научных вопросов, например, движение спутников, влияние Луны на приливы и отливы или расчет орбит комет. Они открыли связь между силой и ускорением, что позволило ученым того времени сконструировать паровой двигатель, а позднее — двигатель внутреннего сгорания.

В 20-м веке Альберт Эйнштейн добавил правки к законам Ньютона, которые касались движения тел со скоростями, близкими к скорости света. Современные научные открытия в области теории относительности, квантовой теории и физики элементарных частиц показали, что в условиях бесконечно больших и бесконечно малых тел законы Ньютона не работают. Именно поэтому современные формулировки отличаются от законов, которые сформулирован лично сэр Исаак.

Несмотря на то, что все законы связаны, наш калькулятор в большей степени посвящен второму закону Ньютона. Рассмотрим их.

Первый закон Ньютона

Итак, если на тело не воздействуют силы, оно либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. Это историческая формулировка первой аксиомы механики, которая сегодня считается неверной. Все дело в том, что Ньютон рассматривал тела в абсолютно неподвижной системе отсчета, следовательно, говорил об абсолютных пространстве и времени. Сегодняшняя физика учитывает постулаты теории относительности, поэтому определение звучит несколько иначе: есть такие системы отсчета, в которых при отсутствии сил физические объекты пребывают в состоянии покоя. Подобные системы отсчета носят название инерциальных.

Существуют и неинерциальные системы отсчета, которые сами перемещаются с ускорением или поворачиваются относительно инерциальных систем. Также возможны сопутствующие системы, связанные с самим рассматриваемым телом и движущиеся вместе с ним. Естественно, что в таких системах классическая механика не применима. Интересно, что на Земле невозможна ситуация, когда на объекты не воздействует никакая сила: гравитационное поле планеты создает постоянную силу тяжести.

Второй закон Ньютона

Авторское определение этого закона звучит непонятно: изменение количества движения пропорционально движущей силе и сонаправлено с ней. Школьная формулировка второй аксиомы механики куда проще:

F = m × a,

или сила — это произведение массы физического объекта на его ускорение.

Если же рассмотреть современную формулировку второй аксиомы, то становится ясно, что в инерциальной системе отсчета материальная точка получает ускорение прямо пропорциональное действующим силам и обратно пропорциональное своей массе или:

a = F / m.

При этом важно уточнить, что масса физического объекта не изменяется во времени. Это уточнение необходимо для релятивистской механики, в которой при достижении скоростей, близких к скорости света, масса тела начинает изменяться

Именно данный закон лежит в основе нашего калькулятора. Эта простая формула используется в большинстве задач по физике из курса «Механика». Но на повестке дня остался третий, последний закон Ньютона.

Третий закон Ньютона

Исторически закон звучит как «всякому действие существует противодействие». В современной физике такой закон не действует, и простыми словами постулат звучит так: силы возникают только попарно, и любая сила, воздействующая на тело, происходит от другого тела. Таким образом, сила — это всегда результат взаимодействия нескольких физических объектов. Не существует сил, которые возникают самостоятельно без взаимодействия тел.

Наша программа позволяет быстро определить силу, ускорение или массу тела, если известны два параметра из трех. Для использования калькулятора достаточно ввести любые два значения, после чего программа автоматически заполнит пустое поле. Калькулятор пригодится школьникам и студентам первых курсов, которые изучают механику.