Закон Ома, закон Джоуля и понимание силы и энергии являются одними из самых фундаментальных и важных основ для понимания электричества и электроники.
Энергия
Энергия — это способность объекта выполнять работу. Даже деревянный брусок на вашем столе обладает энергией. Он обладает кинетической энергией, поскольку он может работать при падении, и обладает химической энергией, поскольку он может выполнять работу по нагреванию, если вы его поджигаете. Энергия выражается в Джоулях. Когда вы позволяете энергии выполнять работу, такую как высвобождение химической энергии, хранящейся в батарее, в резистор, эта работа выражается как мощность.
Мощность
Мощность — это скорость выполнения работы. Один ватт, затрачиваемый за одну секунду, равен одному джоуля. Так, например, автомобилю требуется больше мощности для движения со скоростью 100 км / ч по сравнению с 50 км / ч. Если вы потратили электроэнергию в течение определенного периода времени или приобрели электричество с предоплатой для использования или у вас есть заряженная батарея определенного размера, у вас есть ватт-часы. Скажем, вы поместили 1000 Вт / ч в свой счетчик электроэнергии с предоплатой, вы можете использовать его, запустив нагреватель мощностью 1 кВт в течение 1 часа или лампу мощностью 100 Вт в течение 10 часов. Используется одинаковое количество энергии, но с разной скоростью, потому что тысяча (1000) ватт равна одному (1) кВт.
С другой стороны, Джоуль — это единица энергии, используемая Международным стандартом единиц (СИ). Он определяется как количество работы, совершаемой над телом силой в один Ньютон, которая перемещает тело на расстояние в один метр.
Этот мультфильм прекрасно резюмирует закон Ома. Здесь мистер Вольт пытается протолкнуть мистера Ампа через проводника, но мистер Ом делает все возможное, чтобы ограничить мистера Ампа. Проявив немного воображения, вы можете увидеть, что чем сильнее (больше давления) мистер Вольт оказывает, тем больше проходит мистер Амп. С другой стороны, чем больше мистер Ом тянет за веревку (сопротивляется), тем меньше проходит мистер Амп. Эти трое живут в идеальном равновесии и пропорции друг другу. Правило, которое удерживает их в равновесии, — это закон Ома.
Говоря более формально, мы можем использовать треугольник выше. Выучите это наизусть, так как это простой способ запомнить все формулы Где V = Напряжение, I = Ток и R = Сопротивление. Просто укажите пальцем на единицу, которую вы хотите найти, и оставшиеся две — это то, с чем вы будете рассчитывать. Например, если вы хотите найти V, закройте V пальцем, и у вас останется I * R. Это означает, что V = I * R. Точно так же, если вы хотите найти I, прикройте I пальцем, и у вас останется V / R. Это означает, что I = V / R.
Обратите внимание, что мы используем I для Amp, а не A, потому что A универсально используется для обозначения площади.
Например, если у меня батарея 9 В и я подключаю к ней резистор 1 кОм, сколько тока будет проходить через нее?
Скажем, у меня батарея на 9 В, и я хочу зажечь светодиод. Вы не можете просто подключить аккумулятор к светодиоду, так как он потребляет столько тока, сколько может обеспечить аккумулятор, и сгорит. Нам нужно ограничить ток светодиода до безопасного значения. Во-первых, мне нужно знать, какое напряжение нужно светодиоду, а во-вторых, какой ток я допущу для светодиода — обычно 20 мА. Напряжение, которое подает светодиод, довольно постоянное и зависит от цвета. Красный светодиод обычно составляет 2,3 В.
Итак, теперь у нас есть 9 В на одном конце и 2,3 В на другом конце R1, что означает, что нам нужно избавиться от 9–2,3 = 6,7 В. Это напряжение, которое мы увидим, если измерим на двух концах резистора R1, а ток через него составит 20 мА. Учитывая, что R = V / I = 6,7 / 20 * 10 -3 = 335 Ом. Это означает, что резистор 330 Ом подойдет.
Допустим, мы не знали ничего из вышеперечисленного, и мы просто взяли резистор 1 кОм и подключили его последовательно со светодиодом, затем мы взяли наш надежный мультиметр и измерили напряжение на светодиоде и обнаружили, что оно составляет 2,7 В. Это означает, что напряжение на резисторе должно быть 9-2,7 = 6,3 В. Итак, какой ток течет через светодиод? Снова используя формулу I = V / R, находим 6,3 / 1000 = 6,3 мА.
Теперь предположим, что у вас был очень длинный удлинитель, и вы включили обогреватель или большой прожектор, и вы знали, что ток в проводе составляет 15 А, а сопротивление провода составляет 1 Ом. Какое напряжение вы потеряете по проводу? Используя формулу V = I * R, мы обнаруживаем, что вы теряете 15 * 1 = 15 В, что довольно много.
ВЛАСТЬ И ЗАКОН ДЖОУЛЯ
Мощность — это термин, используемый для описания скорости выполнения работы или работы с течением времени. Это означает, что глобус мощностью 100 Вт работает намного горячее, чем глобус мощностью 1 Вт, и мы можем ощущать работу, выполняемую с помощью выделяемого тепла. Мощность напрямую связана с силой Ома законом Джоуля, который гласит, что тепло, выделяемое в сопротивлении, пропорционально квадрату тока, протекающего через него в течение заданного времени. P — электрическая мощность в ваттах (Вт). V — напряжение в вольтах (В). I — ток в амперах (А). R — сопротивление в Ом (Ом).
Мы можем выразить это как P = V * I, и поскольку V = I * R, мы получаем P = I * I * R или P = I 2 R.
Таким же образом P = V 2 / R. Как и закон Ома, это можно представить в виде треугольника:
Все эти термины являются именами людей, поэтому мы всегда используем заглавные буквы. Эти единицы могут быть очень большими и выражаться в кВ или МОм или очень маленькими, например мВ или мкА. Обратите внимание, что единицей измерения является мА, а не МА.
ЭНЕРГИЯ
Энергия определяется как « свойство, которое должно быть передано объекту для выполнения работы или нагрева объекта. Энергия — это сохраняемая величина; закон сохранения энергии гласит, что энергия может быть преобразована в форму, но не создана или уничтожена. Единица измерения энергии в системе СИ — это джоуль, который представляет собой энергию, передаваемую объекту в результате перемещения его на расстояние в один метр против силы в один ньютон ». А 1 Вт — это 1 Джоуль, потраченный за 1 секунду.
Другими словами, мощность — это скорость, с которой мы превращаем электрическую энергию в какой-то другой вид энергии, обычно тепло, но также может быть движение, как в двигателе. Когда вы разговариваете по мобильному телефону, вы преобразуете химическую энергию аккумулятора в электромагнитную энергию для передачи голоса. Но изрядная часть энергии всегда преобразуется в тепло из-за дефектов в усилителе передатчика и других схемах.
Возвращаясь к нашему предыдущему примеру с удлинителем, допустим, мы не можем измерить ток в удлинительном проводе, но мы знали, что мощность нагревателя составляет 2 кВт, а это нагреватель 230 В. Теперь мы знаем, что P = V * I, поэтому я должен быть P / V, и поэтому 2000/230 = 8,7A. Если бы мы могли измерить напряжение в конце, скажем, 200 В. Тогда мы узнаем, что сопротивление кабеля будет V / I = (230–200) / 8,7 = 3,4 Ом.
Энергия также говорит нам о скорости выполнения работы. Если я куплю аккумулятор, который говорит о 200 мА / ч, он говорит мне, что я могу потреблять 200 мА в течение 1 часа или 20 мА в течение 19 часов. В моем доме у меня есть предоплата за электроэнергию, которую я покупаю в киловатт-часах. Если моя печь потребляет 4 кВт, а я купил 40 кВт, я мог бы печь печенье в течение 10 часов.
Хотя эти законы и расчеты могут показаться скучными, помните, что они жизненно важны для понимания и использования их в мире электроники.
Читайте также: Новости России Украины и мира
