Alma38.ru

Электро Свет
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разобранные примеры по теме Постоянный ток

Разобранные примеры по теме Постоянный ток

Электрическая лампочка накаливания потребляет силу тока I = 0,2 А. Диаметр вольфрамового волоска d = 0,02 мм, температура волоска при горении лампы t = 2000 ºС. Определите напряженность E электрического поля в волоске. Удельное сопротивление вольфрама ρ = 5,6∙10 -8 Ом∙м, температурный коэффициент сопротивления α = 4,6∙10 -3 К -1 .

Допустим, что по проводнику, имеющему длину l и сечение S, течет ток I, тогда напряжение на концах проводника по закону Ома для участка цепи

.

Так как и , то, подставляя в закон Ома вместо U и R их выражения, получим:

Из этой формулы, в частности, следует, что с увеличением температуры проводника при неизменной плотности тока напряженность поля в проводнике возрастает, поскольку с ростом температуры возрастает ρ.

Вспомогательным соотношением служит формула зависимости сопротивления от температуры, позволяющая определить удельное сопротивление ρ вольфрамового волоска в нагретом состоянии. При температуре накала t оно равно:

С учетом этой зависимости формулу для напряженности электрического поля в раскаленном волоске можно окончательно переписать так:

Подставляя сюда числовые значения, получим .

Ответ:

Напряжение на шинах электростанции равно U = 10 кВ, расстояние до потребителя l = 500 км. Станция должна передать потребителю мощность Р = 100 кВт. Потери напряжения в проводах не должны превышать z = 4 %.. Вычислите массу медных проводов на участке электростанция – потребитель. Плотность и удельное сопротивление меди равны соответственно D = 8,9∙10 3 кг/м 3 и ρ = 1,7∙10 -8 Ом∙м. Какой должна быть масса проводов, если напряжение увеличить в два раза?

Массу провода m1 можно определить, зная материал провода, его сопротивление R и длину l линии. Действительно, если плотность материала провода равна D, удельное сопротивление ρ, то

так как длина провода вдвое больше расстояния l. Исключив из этих формул площадь S сечения, получим:

(1)

В задаче все величины, входящие в равенство (1), кроме R, известны, поэтому дальнейшее решение сводится к нахождению сопротивления проводов.

Делаем чертеж (рис. 1), на котором отмечаем сопротивление Rп потребителя, сопротивление Rл проводов линии электропередачи, напряжения на этих резисторах Uп и Uл, а также напряжение U на шинах электростанции. Поскольку оба резистора соединены между собой последовательно, то

(2)

Используя закон Ома для участка цепи и условие, что потери напряжения не должны превышать z %, для напряжения на проводах можно записать:

(3)

Еще одним вспомогательным уравнением является формула мощности

(4)

Найдя R из уравнений (2) – (4) и подставив его выражение в (1), с учетом числовых значений будем иметь:

Из полученного выражения видно, что масса проводов обратно пропорциональна квадрату напряжения на шинах электростанции, поэтому при увеличении напряжения в 2 раза массу проводов линии передачи можно уменьшить в 4 раза, и, следовательно,

Ответ:

В цепи, схема которой изображена на рис. 2, сопротивления всех резисторов известны и равны соответственно R1 = 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3 = 2 Ом, R4 = 40 Ом, R5 = 10 Ом. Сила тока в резисторе R4 I4 = 0,5 А. Определите силу тока во всех остальных резисторах и напряжение на зажимах цепи.

Решение задачи значительно облегчается, если приведенную на рис. 2 схему заменить эквивалентной (рис. 3).

В задачах на сложное соединение большого количества резисторов расчеты в общем виде можно не производить. Проще для каждой величины сразу получать числовой ответ.

Найдем силу тока в резисторе R5. Она равна напряжению на разветвлении 4 – 5, деленному на R5:

Напряжение на зажимах цепи

Ответ: I1 = 7,5 А; I2 = 5 А; I3 = 2,5 А; I5 = 2 А; U = 40 В.

В схеме, изображенной на рис., сопротивления резисторов, емкость конденсатора и напряжение на зажимах цепи известны. Определите заряд на конденсаторе.

При расчете цепей постоянного тока, содержащих конденсаторы, следует обратить внимание на то, что постоянный ток через конденсатор не проходит. Поэтому режим данной цепи не изменится, если конденсатор из нее исключить. После этого получим схему, изображенную на рис. 5.

Чтобы найти заряд на конденсаторе, надо найти разность потенциалов на его обкладках: . Из рис. 4 видно, что

Общее сопротивление цепи

Сила тока в цепи равна:

Напряжение на участке бг:

Сила тока в верхней ветви участка бг, равная силе тока в резисторе сопротивлением , определится так:

Заряд на конденсаторе

Ответ: .

Найти ток в лампе накаливания

Лампа накаливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.

Принцип действия

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 6000 K недостижима, т. к. при такой температуре любой материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

При практически достижимых температурах излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампочки делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.

Читайте так же:
Почему моргают светодиодные лампы с выключателем с подсветкой

Конструкция

Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, ограждающей нить накала от окружающей среды.

Колба

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Буферный газ

Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Возникающие при этом, за счёт теплопроводности, потери тепла, уменьшают путём выбора газа по возможности с наиболее тяжелыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (атомные веса: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)

Нить накала

Нить накала в первых лампочках делалась из угля (точка сублимации 3559 °C). В современных лампочках применяются почти исключительно спирали из осмиево-вольфрамового сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения ленгмюровского слоя.

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I = U / R) и мощность по формуле P=Ucdot I, или P = U2 / R. При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через лампочку должен протекать ток 0,26 А, т. е. сопротивление нити накала должно составлять 882 Ома. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампочках составляет

Т. к. при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление много меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в два-три раза больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало.

В мигающих лампочках последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампочки самостоятельно работают в мигающем режиме.

Цоколь

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы.

Предохранитель

Плавкий предохранитель (отрезок тонкой проволоки) расположен в цоколе лампы накаливания, предназначен для предотвращения возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Для бытовых ламп с номинальным напряжением 220 В такие предохранители обычно рассчитаны на ток 7 А.

КПД и долговечность

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. При увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим уменьшается время жизни на 95 %.

Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Галогенные лампы

Добавление в буферный газ галогенов брома или йода повышает время жизни лампы При этом рабочая температура составляет примернно 3000 К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт.

Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла больше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Маленький объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжелыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения. Также температуры, колбы изготавливаются из кварца.

Читайте так же:
Регулируемый выключатель для ламп накаливания

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).

Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света, их преимущество состоит в том, что они могут использоваться как прямая замена обычных галогенных ламп.

Конструкция, преимущество и недостатки ламп накаливания

Устройство лампы накаливания

В нынешнее время лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет такую конструкцию:

  1. Герметичная стеклянная колба грушевидной формы. Из неё частично выкачан воздух или заменён инертным газом. Это сделано для того, чтобы вольфрамовая нить накала не сгорала.
  2. Внутри колбы находится ножка, к которой прикреплены два электрода и несколько держателей из металла (молибдена), которые подпирают вольфрамовую нить, не давая ей провисать и разрываться под собственным весом во время нагрева.
  3. Узкая часть грушевидной колбы закреплена в металлическом корпусе цоколя, имеющего спиральную резьбу для вкручивания в штепсельный патрон. Резьбовая часть является одним контактом, к нему припаян один электрод.
  4. Второй электрод припаян к контакту на донышке цоколя. Он имеет вокруг себя кольцевую изоляцию от резьбового корпуса.

В зависимости от особенных условий эксплуатации некоторые конструктивные элементы могут отсутствовать (например, цоколь или держатели), быть видоизменёнными (например, цоколь), дополнены другими деталями (дополнительная колба). Но такие части, как нить, колба и электроды являются основными частями.

Принцип работы электрической лампы накаливания

Свечение электрической лампы накаливания обусловлено разогревом вольфрамовой нити, через которую проходит электрический ток. Выбор в пользу вольфрама при изготовлении тела свечения был сделан по той причине, что из многих тугоплавких токопроводящих материалов, он наименее дорогой. Но иногда нить накала электроламп изготавливается из других металлов: осмия и рения.
Мощность лампы зависит от того, какого размера нить используется. То есть, зависит от длины и толщины проволоки. Так у лампы накаливания 100 вт нить будет иметь большую длину, чем у лампы накаливания 60вт.

Некоторые особенности и предназначение конструктивных элементов вольфрамовой лампы

Каждая деталь в электролампе имеет своё предназначение и выполняет свои функции:

  1. Колба. Изготавливается из стекла, достаточно дешёвого материала, отвечающего основным требованиям:
    – высокая прозрачность позволяет пропускать световую энергию и по минимуму поглощать её, избегая дополнительного нагревания (этот фактор имеет первостепенное значение для осветительных приборов);
    – жаропрочность даёт возможность выдерживать высокие температуры вследствие нагревания от раскалённой нити (например, в лампе 100 вт колба нагревается до 290°С, 60 Вт — 200°С; 200 Вт — 330°С; 25 Вт — 100°C, 40 Вт — 145°C);
    – твёрдость позволяет выдерживать внешнее давление при откачке воздуха, и не разрушаться при вкручивании.
  2. Наполнение колбы. Сильно разрежённая среда позволяет минимизировать теплопередачу от раскалённой нити к деталям лампы, но усиливает испарение частиц раскалённого тела. Наполнение инертным газом (аргон, ксенон, азот, криптон) исключает сильное испарение вольфрама из спирали, не даёт возгораться нити и минимизирует теплопередачу. Использование галогенов позволяет испарившемуся вольфраму возвращаться обратно в спиральную нить.
  3. Спираль. Изготавливается из вольфрама, выдерживающего 3400°С, рения – 3400°С, осмия — 3000°С. Иногда вместо спиральной нити, в лампе используется лента или тело другой формы. Используемая проволока имеет круглое сечение, для уменьшения габаритов и потерь энергии на теплоотдачу закручивается в двойную или тройную спираль.
  4. Крючки-держатели изготавливаются из молибдена. Они не позволяют сильно провисать увеличившейся от нагрева во время работы спирали. Их количество зависит от длины проволоки, то есть от мощности лампы. Например, у лампы 100 Вт держателей будет 2 – 3 шт. У ламп накаливания мощностью поменьше держатели могут отсутствовать.
  5. Цоколь изготавливается из металла с внешней резьбой. Он выполняет несколько функций:
    — соединяет несколько деталей (колбу, электроды и центральный контакт);
    — служит для крепления в штепсельном патроне с помощью резьбы;
    — является одним контактом.

Существует несколько видов и форм цоколей в зависимости от предназначения осветительного прибора. Есть конструкции, не имеющие цоколя, но с неизменным принципом работы лампы накаливания. Самыми распространенными видами цоколя являются Е27, Е14 и Е40.

Вот некоторые виды цоколей, применяемые для различных типов ламп:

Разные типы цоколя

Кроме различных видов цоколя есть и различные виды колб.

Разные виды колб ламп накаливания

Кроме перечисленных конструктивных деталей, лампы накаливания могут иметь и некоторые дополнительные элементы: биметаллические переключатели, отражатели, цоколи без резьбы, различные напыления и др.

Лампа с отражателем

История создания и усовершенствования конструкции лампы накаливания

За свою более чем 100 – летнюю историю существования лампы накаливания с вольфрамовой спиралью, принцип работы и основные конструкторские элементы почти не претерпели изменений.
А началось всё в 1840 году, когда была создана лампа, использующая для освещения принцип накаливания платиновой спирали.
1854 год – первая практичная лампа. Применялся сосуд с откачанным воздухом и бамбуковая обугленная нить.
1874 год – используется в качестве тела накала угольный стержень, помещённый в вакуумный сосуд.
1875 год – лампа с несколькими стержнями, которые раскаляются один за другим в случае сгорания предыдущего.
1876 год – использование каолиновой нити накала, которая не требовала откачки воздуха из сосуда.
1878 год – использование угольного волокна в разрежённой кислородной атмосфере. Это позволяло получать яркое освещение.
1880 год – создана лампа с угольным волокном, имеющая время свечения до 40 часов.
1890 год – использование спиральных нитей из тугоплавких металлов (окиси магния, тория, циркония, иттрия, металлического осмия, тантала) и наполнение колб азотом.
1904 год – выпуск ламп с вольфрамовой спиралью.
1909 год – наполнение колб аргоном.
С тех пор прошло более 100 лет. Принцип работы, материалы деталей, наполнение колбы практически не изменились. Эволюции подверглось лишь качество используемых материалов при производстве ламп, технические характеристики и небольшие дополнения.

Читайте так же:
Розетка настольные лампы торшеры

Преимущества и недостатки ламп накаливания перед другими искусственными источниками света

Для освещения создана масса различных осветительных приборов. Многие из них изобретены в последние 20 – 30 лет с применением высоких технологий, но обычная лампа накаливания всё равно имеет ряд преимуществ или совокупность характеристик, которые являются более оптимальными при практичном использовании:

  1. Дешевизна при производстве.
  2. Нечувствительность к перепадам напряжения.
  3. Быстрое зажигание.
  4. Отсутствие мерцания. Этот фактор очень актуален при использовании переменного тока частотой 50 гц.
  5. Наличие возможности регулировки яркости источника света.
  6. Постоянный спектр светового излучения, близкий к естественному.
  7. Резкость теней, как при солнечном освещении. Что тоже является привычным для человека.
  8. Возможность эксплуатации в условиях высоких и низких температур.
  9. Возможность производства ламп различной мощности (от нескольких Вт до нескольких кВт) и рассчитанных на различное напряжение (от нескольких Вольт до нескольких кВ).
  10. Несложная утилизация в виду отсутствия токсичных веществ.
  11. Возможность использования любого вида тока с любой полярностью.
  12. Эксплуатация без дополнительных пусковых устройств.
  13. Бесшумность работы.
  14. Не создаёт радиопомех.

Наряду с таким большим перечнем положительных факторов, лампы накаливания обладают и рядом существенных недостатков:

  1. Главный отрицательный фактор – это очень низкий КПД. Он достигает у лампы мощностью 100 Вт лишь 15 %, у прибора 60 Вт этот показатель составляет только 5 %. Одним из способов повышения КПД является повышение температуры накала, но при этом резко уменьшается срок службы вольфрамовой спирали.
  2. Короткий срок службы.
  3. Высокая температура поверхности колбы, которая может достигать у 100-Ваттной лампы 300°С. Это представляет угрозу для жизни и здоровья живых существ, и представляет пожарную опасность.
  4. Чувствительность к встряске и вибрации.
  5. Использование термостойкой арматуры и изоляции токоподводящих проводов.
  6. Высокое энергопотребление (в 5 -10 раз больше номинального) во время запуска.

Несмотря на наличие существенных недостатков, электрическая лампа накаливания является безальтернативным прибором освещения. Низкий КПД компенсируется дешевизной производства. Поэтому в ближайшие 10 – 20 лет она будет вполне востребованным товаром.

Определить силу электрического тока в лампе мощностью 12,0Вт если она

В 1827 году Георг Симон Ом открыл закон силы электрического тока. Его именем назвали Закон и единицу измерения величины сопротивления. Смысл закона в следующем.

Чем толще труба и больше давление воды в водопрово

Чем толще труба и больше давление воды в водопроводе (с увеличением диаметра трубы уменьшается сопротивление воде) – тем больше потечет воды. Если представить, что вода это электроны (электрический ток), то, чем толще провод и больше напряжение (с увеличением сечения провода уменьшается сопротивление току) – тем больший ток будет протекать по участку цепи.

Сила тока, протекающая по электрической цепи, прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.

 где I – сила тока, измеряется в амперах и огде I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; R – сопротивление, измеряется в омах и обозначается .

Если известны напряжение питания U и сопротивление электроприбора R, то с помощью вышеприведенной формулы, воспользовавшись онлайн калькулятором, легко определить силу протекающего по цепи тока I.

Онлайн калькулятор для определения силы тока
Напряжение, В:
Сопротивление, Ом:

С помощью закона Ома рассчитываются электрические параметры электропроводки, нагревательных элементов, всех радиоэлементов современной электронной аппаратуры, будь то компьютер, телевизор или сотовый телефон.

Переменный ток

В большинстве сетей — бытовых или промышленного назначения — протекает переменный ток. Он гораздо легче трансформируется и меньше теряет при передаче на дальние расстояния, чем постоянный.

При измерении напряжения или сопротивления мультиметр подключается параллельно нагрузке, но для определения силы тестер нужно встроить в разрыв цепи. В этом заключается определенная сложность. Но не обязательно резать провода. Можно использовать разборные разъемы. Например, специальную пару проводников со штырьками на одном конце и с «крокодилами» на другом. Штырьки вставляются в розетку, а «крокодилами» замыкают цепь на клеммах или вилке.

Самодельные приспособления также удобны. Если приходится проводить много измерений, то без них не обойтись. На рисунке вы видите устройство, которое поможет в работе без всякой опасности получить удар током.

Важно распределить правильно все проводники: фаза подключается к контакту одной розетки, ноль — к другой, между остальными устанавливается перемычка. Чтобы измерить силу тока, нагрузка подключается к первой розетке, а мультиметр ко второй. При подаче питания в замкнутой цепи легко определить силу тока.

Не разрывая проводника можно провести измерения с помощью токовых клещей. Они предназначены для работы как с переменным, так и постоянным током. Прибор внешне похожи на мультиметр с двумя круглыми зажимами. Между ними помещается исследуемый провод. Принцип установки режимов и диапазона аналогичен мультитестеру.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорционал

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

 где P – мощность, измеряется в ваттах и обогде P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт; U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В; I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

Онлайн калькулятор для определения потребляемой мощности
Напряжение, В:
Сила тока, А:
Читайте так же:
Патрон для лампы подключение проводов

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

Онлайн калькулятор для определения силы тока в зависимости от потребляемой мощности
Потребляемая мощность, Вт:
Напряжение питания, В:

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать сечение провода для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Как мультиметром измерить силу тока зарядного устройства

Устройство для зарядки аккумуляторов преобразует переменный ток из сети в постоянный с помощью трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Для автовладельцев производятся пуско-зарядные устройства — ПЗУ, — которые сочетают функции зарядки аккумулятора и запуска двигателя при севшей батарее. При этом заряда может вовсе не быть или в течение нескольких минут создается частичный заряд, необходимый для начала работы мотора.

В некоторых моделях ЗУ отсутствует индикация заряда, поэтому есть проблема с определением ампеража. Легко проверить силу тока можно обычным мультимером:

  1. Аккумулятор необходимо снять с автомобиля и подключить к зарядке.
  2. На мультиметре выставить шкалу на 10 А, а красный щуп вставить в разъем тоже на 10 А.
  3. «Плюс» зарядного устройства присоединить к положительному полюсу батареи.
  4. «Минус» зарядника соединить черным щупом с базой мультиметра (гнездо СОМ).
  5. Красный щуп подключить ко второй клемме аккумулятора.

При включении зарядного устройства в сеть мультитестер покажет силу тока в цепи. Задача будет решена даже без амперметра-индикатора.

Мощность лампочек различного типа

Правильное освещение, наряду с качеством воздуха, влажностью и температурой в помещении, является важнейшим фактором хорошего самочувствия и здоровья, создавая необходимые условия для продуктивной работы или релаксации. Ведущую роль в освещении играет мощность лампочки, от которой зависит, сколько светового излучения получит каждый уголок комнаты.

Мощность лампы и стандарты освещения помещений

Выбирая люстру, потолочный светильник или источник местного света для дома или квартиры, покупатель заранее думает о мощности ламп, которые будут там использоваться. Нередко это делается на основе личного практического опыта или, вовсе, по наитию. А, между тем, есть четкие критерии освещенности, характеризующие здоровую среду для объектов разного назначения. Действующие нормативы и стандарты рекомендуют следовать указанным ниже показателям освещенности для разных типов помещений (люкс):

  • Лестницы, вестибюли, коридоры — 20 – 30 лк;
  • Ванные и санузлы — 50 лк;
  • Жилые комнаты и спальни — 150 лк;
  • Детские — 200 лк;
  • Офисы, кабинеты — 300 лк;
  • Лаборатории, мастерские — 400 лк;
  • Учебные аудитории — 500 лк.

Нормативные документы оперируют двумя параметрами: освещенностью в люксах (лк) и световым потоком, излучаемым источником света в люменах (Лм). При этом 1 лк привязан к площади освещаемого помещения и равен 1 Лм/м2. Как же нормированную освещенность соотнести с мощностью лампы в ваттах? Для того, чтобы стало понятнее, рассмотрим простой пример. У нас есть лампа накаливания мощностью 100 Вт, установленная в жилом помещении площадью 20 м2. Такая лампа обладает световым потоком примерно в 1200 Лм, что в пересчете на 1 кв. метр площади дает 60 лк освещенности, чего явно недостаточно для такой комнаты.

Итак, что мы теперь знаем? Для того чтобы выяснить, правильно ли освещается помещение, необходимо знать его площадь, а также величину светового потока и мощности лампы, которые указаны на упаковке к изделию. Имейте в виду, что у ламп разных типов одной мощности (Вт) величина светового потока (Лм) будет отличаться. Разделив значение светового потока (Лм) на площадь комнаты (м2), получим фактическую освещенность (лк), которую можно сравнить с нормативной.

Особенности конструкции и эксплуатации разных типов ламп

Благоприятная световая среда в помещении, необходимая для комфорта человека, определяется рядом факторов, которые следует учитывать при выборе ламп для освещения квартиры, офиса, мастерских, лабораторий, подсобок и т.п. Кроме главной характеристики — мощности лампы на качество освещения влияет цветовая температура спектра, коэффициент цветопередачи, пульсация, направленность светового потока. Помимо этого, при работе светильников нельзя обойти стороной такие моменты, как КПД, тепловыделение, прочность, долговечность и энергоэффективность ламп. Существуют несколько распространенных типов ламп, отличающихся конструктивными и эксплуатационными характеристиками, которые мы предлагаем рассмотреть в нашем обзоре.

Лампы накаливания

Лампы накаливания (ЛН) можно однозначно причислить к реликтам электрической эры освещения. Кроме невысокой стоимости, отсутствия пульсаций и приятной для восприятия цветовой температуры порядка 2700К, близкой к естественному свету, архаичные «лампочки Ильича» обладают множеством недостатков. Они имеют очень хрупкую стеклянную колбу и чувствительны к параметрам сетевого напряжения, ощутимо снижающим заявленный срок службы в 1000 часов. Невысокий КПД лампочек преобразует значительную часть потребляемой энергии в тепло, сильно разогревая колбу и цоколь. А потребляемая мощность ламп накаливания по отношению к световой отдаче очень велика. Это весьма затратно и расточительно в современных условиях повсеместного снижения энергопотребления. Но в нашем обзоре ЛН интересны тем, что мы будем использовать их как отправную точку для сравнения с другими типами источников света.

Галогенные лампы

Галогенная лампа представляет собой усовершенствованную версию лампы накаливания, отличающуюся от нее тем, что здесь нить накала горит в среде защитного газа (брома или йода). Благодаря этому, удалось увеличить температуру спирали, что положительно повлияло на прирост светового потока и повышение долговечности лампы до 4000 часов. Потребляемая мощность галогенных ламп при сравнимой светимости с ЛН примерно на 30% ниже, что позволяет немного сэкономить в счетах на электроэнергию. Из плюсов светильников этого типа стоит отметить возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды от — 60 °C до +100 °C, что роднит их с обычными лампами накаливания. Также у галогенок неплохой коэффициент цветопередачи Ra 99-100, наиболее близкий к естественному свету. Но, они так же, как и ЛН сильно греются и не любят вибраций. Стоимость галогенных источников света существенно выше традиционных ламп и это заставляет задуматься о целесообразности их покупки для бытового освещения.

Читайте так же:
Распиновка выключателя с лампочкой

Люминесцентные лампы

У люминесцентных ламп, использующих газоразрядное свечение слоя люминофора, световая отдача на единицу энергопотребления выше, чем у ЛН и галогенных ламп. Поэтому еще их принято именовать энергоэффективными. Они обладают продолжительным сроком службы, составляющим 5 лет, при условии редких циклов включений и отключений. Мощности люминесцентной лампы в 29 Вт хватит, чтобы заменить одну обычную 100-ваттную ЛН. К недостаткам таких ламп следует отнести экологическую опасность из-за содержания в их составе ртути, неприятный для восприятия цветовой спектр и неизбежное мерцание во время работы. Еще одним недостатком энергоэффективных ламп для дома является сложная спиральная форма стеклянной газоразрядной трубки, которая не очень эстетично смотрится в домашних люстрах.

Светодиодные лампы

В настоящее время лидером покупательских предпочтений стали светодиодные лампы. По форме и внешнему виду они похожи на обычные лампы, с той лишь разницей, что электроника со светодиодами здесь прикрыта прочной пластиковой колбой. При одинаковом световом потоке мощность потребления светодиодных ламп почти на порядок ниже, чем у ЛН, что делает их очень экономичными в эксплуатации. Наиболее комфортные для восприятия человеком лампы имеют температуру светового потока 2700 – 3000 К, соответствующую естественному солнечному свету. Температура от 4000 до 5000 К считается белым нейтральным светом, а все что выше — уже белый холодный свет. Надо отметить, что по субъективным ощущениям светодиодные лампы одной мощности кажутся более яркими по мере смещения к холодному спектру цветовой температуры. Но, все же, для домашнего использования лучше покупать лампы «теплого» цветового спектра, а нейтральные и холодные больше подходят для коридорного освещения. К сожалению, светодиодные источники света, содержащие электронные элементы, подвержены пульсации, которая в изделиях известных брендов снижена до приемлемых величин.

С появлением филаментных ламп (на светодиодных нитях), являющихся разновидностью LED-светильников, расширились возможности декорирования помещений оформленных под старину. Они прекрасно вписываются в интерьеры стиля лофт с индустриальным дизайном начала XX века. Отличительной особенностью филаментной лампы стала замена обычного набора оптических полупроводников на светодиодные нити, которые имеют большой угол рассеивания. Стеклянная колба лампочки заполнена газовой смесью, а электроника с драйвером убрана в цоколь. Нет здесь и привычного для LED-ламп радиаторного охлаждения. Такой источник света во время работы внешне трудно отличить от обычной лампы накаливания.

Сравнение мощности и светового потока

В представленной таблице показана энергетическая эффективность разных типов ламп, дающих одинаковую световую отдачу. Как видно из сравнения потребляемой мощности, лампы накаливания являются наиболее «прожорливыми», а светодиодные — самыми практичными. К примеру, светодиодная лампа мощностью 12 – 15 Вт дает столько же света, сколько люминесцентная 29 Вт, галогенная 72 Вт или «сотка» лампы накаливания. А с учетом длительности срока службы LED-светильников, многократно превосходящей другие типы источников света, выгода покупки светодиодных ламп становится очевидной. Несмотря на свою дороговизну, светодиодные лампы быстро окупаются своей экономичностью в эксплуатации.

Выводы и рекомендации

Обычные лампы накаливания имеет смысл использовать для освещения лишь в двух случаях. Первый случай — если вам не приходят счета за электричество. Второй случай — если лампочки эксплуатируются изредка и кратковременно. Это освещение подвалов, погребов, гаражей и прочих помещений, куда судьба заносит на непродолжительное время. Независимо от мощности ламп такая эксплуатация существенно не повлияет на расход электроэнергии и продлит срок службы светильника.

Галогенные лампы — яркие светильники, устойчивые к колебаниям напряжения, которые обеспечивают мощный всенаправленный пучок света на большом расстоянии, активно используются в автомобильных фарах, в кино- и фото-индустрии, в рамповом освещении театральных и концертных залов, в проекционной и полиграфической технике. И такая специфика говорит о том, что эти лампы вполне востребованы и их еще не стоит списывать со счетов.

Люминесцентные лампы, несмотря на их недостатки, все еще активно используются в государственных и общественных зданиях, учебных заведениях, лечебных учреждениях. А вот времена, когда газоразрядные лампы покупали для освещения квартир и домов, благополучно канули в лету, а им на смену пришли LED-лампы.

Бесспорным лидером среди современных источников света бытового назначения являются светодиодные лампы, имеющие большой срок службы от 10 до 25 лет. И главная причина тому — высокие показатели энергосбережения. Традиционные изделия с пластиковой колбой выпускают в широком диапазоне мощности от 3 до 50 Вт, что позволяет использовать одну лампу нужного номинала вместо целого набора. Также в продаже есть много изделий этого типа ламп для потолочного освещения. Модификации источников света в ретро-стиле «ламп Эдисона» ограничены максимальной мощностью 10 Вт ввиду имеющихся трудностей с охлаждением. В продвинутых изделиях есть функция диммирования, позволяющая регулировать яркость ламп, фактически увеличивая мощность освещения.

Подводя итоги обзора, отметим, что из имеющегося многообразия типов ламп, наиболее привлекательными для домашнего освещения выглядят модели с полупроводниковыми светодиодами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector