что измеряет, виды, характеристики, устройство вольтметра, строение, принцип работы
Для того, чтобы измерить величину «сила тока» используется прибор амперметр. Графически, на принципиальных схемах, устройство имеет обозначение в виде буквы «А». Измерения проводятся в таких единицах как ампер, миллиампер или микроампер. Подключение осуществляется в разрыв цепи последовательным образом.
История создания
Впервые о создании прибора заговорили в 19 веке. Измерять силу тока было принято по отклонению магнитной стрелки на компасе. На протяжении десятилетий конструкция прибора была усовершенствована. К концу 19 века были утверждены официальные величины измерения, тогда же и получил свое окончательное название прибор «амперметр». В начале 20 века амперметры стали использоваться в промышленности. В современном мире их внедрили в сферы услуг, в частности в ателье по ремонту радиоаппаратуры. Тем не менее, название устройство получило в честь известного ученого и изобретателя Ампера.
Многоканальный амперметр был применим достаточно широко в первой половине 20 века. Его применяли в различных отраслях промышленности, особенно в электротехнической сфере.
Что измеряет
Изобрести идеальный амперметр, который влияет на показатели в цепи, нереально. Это происходит из-за внутреннего сопротивления. В теории он, конечно, существует, но в реальности стараются минимизировать потери на сопротивление.
Амперметр применяется для измерения силы постоянного или переменного тока. Относится к электроизмерительным приборам. Соединяется строго последовательно, там, где нужно определить искомую силу тока.
Ток, измеряемый прибором, зависит от величины сопротивления участков электроцепи. Именно поэтому сопротивления самого прибора должно быть минимальным. Это позволяет максимально точно измерить искомую величину, благодаря низкой погрешности.
Обратите внимание! Шкала амперметра может быть представлена маркировкой мкА, мА, А и кА. Прибор выбирают исходя из необходимой точности и пределов измерений. Предельную для измерений прибором силу можно повысить добавлением шунтов, магнитных усилителей и трансформаторов.
Схема подключения амперметра постоянного токаХарактеристики
Рассмотрим технические характеристики некоторых видов амперметров:
Ам-2 DigiTop
Технические данные:
- Отрезок измеряемого переменного тока 1-50 А
- Шаг деления — 0,1А
- Погрешность 1%
- Количество входов — 1
- Напряжение в сети от 100 до 400 В, 50Гц.
Долговечность работы бытовой техники часто зависит от качества энергии в электроцепи. Поэтому нужно следить за повышением напряжения в сети, которое нередко становится причиной выхода из строя приборов.
Важно! Длительное повышение напряжения может привести не только к неполадкам в блоке питания прибора, но и к его возгоранию!
Амперметр Э537
Лабораторный вариант амперметра Э537 предназначен для точных измерений величины силы постоянного и переменного тока в сети.
Технические данные:
- Диапазон измеряемой величины 0,5-1 А
- Класс точности — 0,5
- Диапазон нормальных частот от 45 до 100 Гц
- Диапазон рабочих частот от 100 до 1500Гц
Амперметр СА3020
Существует несколько модификаций этого амперметра в зависимости от параметров измеряемой силы тока. Когда заказывают данную модель, предварительно указывают базовую величину — 1, 2 или 5 А.
Технические данные:
- Диапазон измеряемой силы тока — от 0,01 до 1,5А
- Диапазон частот по замеряемым токам от 45 до 850 Герц;
- Погрешность 0,2%
- Напряжение по питанию сети для переменного — от 85 до 260В, для постоянного — от 120 до 300В.
- Мощность, потребляемая прибором, не более 4 ВА.
Конструкция
В самом начале использования амперметры были чисто механическими. Спустя время стали применяться цифровые измерительные приборы. Однако даже сейчас механические амперметры не менее популярны. Это происходит благодаря стойкости к помехам и более наглядному представлению измерений силы тока. Механизм конструкции не подвергся сильным изменениям по сравнению с первыми экземплярами.
Стрелочный тип прибора использует магнитоэлектрический принцип. Внутри находится неподвижно закрепленный постоянный магнит. Между выраженными полюсами магнита расположен сердечник таким образом, что между ним и полюсами образуется постоянное магнитное поле.
Типы
По типу и принципу работы устройства имеют следующую классификацию:
- Магнитоэлектрические. Основой является подвижная катушка, которую закрепляют на оси. Ставится она между магнитными полюсами. Если взять электромагнитный амперметр, то вместо катушки используют сердечник, который находится от магнитных полюсов на расстоянии, пропорциональном величине силы тока.
- Термоэлектрические. Основой является термопара, которую припаивают к проводке. От того, как происходит нагрев по мере подачи тока разной силы, величина выводится на экран.
- Электродинамические. Очень мало применяются в бытовых условиях из-за чувствительности к магнитному полю. В основном их применяют для точных измерений или демонстрационных целей.
- Ферродинамические. Самые дорогие, но и самые точные измерительные приборы. Не реагируют на внешние поля.
- Цифровой. Основывается на использовании интегратора, который преобразует величину силы тока в показания на экране.
Как работает
Далее приведен разбор принципа работы амперметра и вольтметра, так как они схожи между собой.
Если рассматривать упрощенную классическую схему амперметра, можно выделить следующий принцип, по которому он работает. Стальной якорь со стрелкой устанавливается параллельно с постоянным магнитом, тем самым якорь получается магнитные свойства. Якорь расположен вдоль силовых линий. Это положение соответствует нулевой отметке на шкале определение прибора.
Когда ток проходит по шине, возникает магнитный поток. Силовые линии потока перпендикулярны силам в постоянном магните.
Физическая величина
Амперметр является прибором для измерения силы тока. Подключение приходится последовательно, и сопротивление должно быть меньше общего сопротивления электричества в цепи. Если это не так, значение сопротивления сильно увеличится, а данные приборы будут искажены.
Схема амперметра переменного тока
Если сравнивать амперметр постоянного и переменного тока, то последний основан на электромагнитной системе. Приборы используются чаще в сети частотой 50-60 Герц.
Амперметр переменного тока имеет один или два сердечника, которые соединены со стрелкой. Основное преимущество — универсальность прибора, которая позволяет измерять силу не только переменного, но и постоянного тока в электроцепи.
Однако сопротивление таких амперметров больше, чем у других моделей, поэтому погрешность измерений будет высокой. Измеритель столкнется с проблемой снятия показаний с прибора, так как шкала не линейная.
Если нужно измерить переменный ток немалой силы, часто применяют токовый трансформатор. Как и токовые клещи с бесконтактным замером, это делается для того, чтобы на порядок снизить ток в обмотках. К примеру, если в сети величина 1000 А, то во вторичной обмотке проводника будет не более 0,5А.
Важно! Прибор не включается при разомкнутой вторичной обмотке трансформатора. Если это произойдет, то есть риск сжечь амперметр. Это может быть опасно и для персонала.
Корпус устройства часто заземляют, также как и вторичную обмотку трансформатора, чтобы в экстренном случае, люди были в безопасности.
Магнитное поле катушки с током взаимодействует с полем магнита. При этом стрелка отклоняется на ту или иную величину, которая показывает разницу этих значений.
Устройство, включенное в цепь с переменным током, не будет показывать правильную величину, а также прибор может сгореть.
Обычно такая проблема решается выпрямительными схемами. Она позволит измерить любой переменный ток с частотами до 10 килогерц. Происходит это только в случае синусоидальной формы тока.
Правила безопасной работы
При пользовании прибором нужно соблюдать следующие меры безопасности:
- Прибор нельзя трясти и ронять.
- В случае, когда стрелка прибора зашкаливает, необходимо немедленно разомкнуть цепь.
Правила подключения:
- Плюсовую клемму прибора соединить с плюсовой клеммой источника тока. Если цепь состоит только из источника тока, устройство в него включать нельзя!
- Амперметр соединяется последовательно. Подключение происходит с тем элементом, силу тока которого нужно измерить.
- Устройство должно быть в горизонтальном положении.
Зная правила подключения и разновидности приборов, можно подобрать наиболее подходящий амперметр для измерения.
<2>dt>>.>
Содержание
Действующее значение в типичных случаях [ править | править код ]
Приведены формулы для электрического тока. Аналогичным образом определяются действующие значения ЭДС и напряжения.
Синусоида [ править | править код ]
I = 1 2 ⋅ I m ≈ 0,707 ⋅ I m , <displaystyle I=<frac <1><sqrt <2>>>cdot I_approx 0<,>707cdot I_,>
Прямоугольная форма [ править | править код ]
Для тока, имеющего форму однополярного прямоугольного импульса, действующее значение тока зависит от скважности:
I = I m D , <displaystyle I=I_<sqrt >,>
В частности, для тока, имеющего форму однополярного меандра (коэффициент заполнения 0,5):
I = I m 0 , 5 ≈ 0 , 707 ⋅ I m . <displaystyle I=I_<sqrt <0,5>>approx 0,707cdot I_.>
Для тока, имеющего форму двухполярного меандра:
I = I m . <displaystyle I=I_.>
Треугольная форма [ править | править код ]
Для тока треугольной и пилообразной формы (независимо от того, меняется ли направление тока):
I = 1 3 ⋅ I m ≈ 0,577 ⋅ I m . <displaystyle I=<frac <1><sqrt <3>>>cdot I_approx 0<,>577cdot I_.>
Трапециевидная форма [ править | править код ]
Для тока трапециевидной формы действующее значение можно определить разбив период на отрезки положительного фронта, действия максимального значения и отрицательного фронта:
I = I m t 1 + 3 t 2 + t 3 3 T , <displaystyle I=I_<sqrt <frac +3t_<2>+t_<3>><3T>>>,> 1>
Дугообразная форма [ править | править код ]
Для тока имеющего форму дуги (половины окружности):
I = I m 2 3 ≈ 0,816 ⋅ I m . <displaystyle I=I_<sqrt <frac <2><3>>>approx 0<,>816cdot I_.>
Дополнительные сведения [ править | править код ]
В англоязычной технической литературе для обозначения действующего значения употребляется термин effective value — эффективное значение. Также применяется аббревиатура RMS или rms — root mean square — среднеквадратичное (значение). <2>dt>>.>
Содержание
Действующее значение в типичных случаях [ править | править код ]
Приведены формулы для электрического тока. Аналогичным образом определяются действующие значения ЭДС и напряжения.
Синусоида [ править | править код ]
I = 1 2 ⋅ I m ≈ 0,707 ⋅ I m , <displaystyle I=<frac <1><sqrt <2>>>cdot I_approx 0<,>707cdot I_,>
Прямоугольная форма [ править | править код ]
Для тока, имеющего форму однополярного прямоугольного импульса, действующее значение тока зависит от скважности:
I = I m D , <displaystyle I=I_<sqrt >,>
В частности, для тока, имеющего форму однополярного меандра (коэффициент заполнения 0,5):
I = I m 0 , 5 ≈ 0 , 707 ⋅ I m . <displaystyle I=I_<sqrt <0,5>>approx 0,707cdot I_.>
Для тока, имеющего форму двухполярного меандра:
I = I m . <displaystyle I=I_.>
Треугольная форма [ править | править код ]
Для тока треугольной и пилообразной формы (независимо от того, меняется ли направление тока):
I = 1 3 ⋅ I m ≈ 0,577 ⋅ I m . <displaystyle I=<frac <1><sqrt <3>>>cdot I_approx 0<,>577cdot I_.>
Трапециевидная форма [ править | править код ]
Для тока трапециевидной формы действующее значение можно определить разбив период на отрезки положительного фронта, действия максимального значения и отрицательного фронта:
I = I m t 1 + 3 t 2 + t 3 3 T , <displaystyle I=I_<sqrt <frac +3t_<2>+t_<3>><3T>>>,> 1>
Дугообразная форма [ править | править код ]
Для тока имеющего форму дуги (половины окружности):
I = I m 2 3 ≈ 0,816 ⋅ I m . <displaystyle I=I_<sqrt <frac <2><3>>>approx 0<,>816cdot I_.>
Дополнительные сведения [ править | править код ]
В англоязычной технической литературе для обозначения действующего значения употребляется термин effective value — эффективное значение. Также применяется аббревиатура RMS или rms — root mean square — среднеквадратичное (значение).
Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры) для измерения в цепях переменного тока обычно градуируются так, чтобы их показания соответствовали действующему значению синусоидального тока или напряжения. При измерении несинусоидальных токов и напряжений приборы различных систем могут давать разные показания [1] .
«Физика — 11 класс»
Активное сопротивление
Сила тока в цепи с резистором
Есть цепь, состоящая из соединительных проводов и нагрузки с малой индуктивностью и большим сопротивлением R.
Сопротивление R называется активным сопротивлением, т.к. при наличии нагрузки, обладающей этим сопротивлением, цепь поглощает энергию, поступающую от генератора.
Эта энергия превращается во внутреннюю энергию проводников — они нагреваются.
Напряжение на зажимах цепи меняется по гармоническому закону:
u = Um cos ωt
Мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения.
По закону Ома мгновенное значение силы тока:
В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством
Мощность в цепи с резистором
В цепи переменного тока промышленной частоты (v = 50 Гц) сила тока и напряжение меняются.
При прохождении тока по проводнику, например по нити электрической лампочки, количество выделенной энергии также будет меняться во времени.
Мощность в цепи постоянного тока на участке с сопротивлением R определяется формулой
Р = I 2 R
Мгновенная мощность в цепи переменного тока на участке, имеющем активное сопротивление R, определяется формулой
Р = i 2 R
Cреднее значение мощности за период (используем формулу для мгновенного значения силы тока и выражение ):
График зависимости мгновенной мощности от времени (рис. а):
Согласно графику (рис.б) среднее за период значение cos 2ωt равно нулю, а значит равно нулю второе слагаемое в формуле для среднего значения мощности за период.
Тогда средняя мощность равна:
Действующие значения силы тока и напряжения.
Среднее за период значение квадрата силы тока:
Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока, называется действующим значением силы переменного тока.
Действующее значение силы переменного тока обозначается через I:
Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.
Действующее значение переменного напряжения определяется аналогично:
Закон Ома для участка цепи переменного тока с резистором в действующих значениях:
В случае электрических колебаний важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения, средняя мощность.
Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.
Действующие значения непосредственно определяют среднее значение мощности Р переменного тока:
р = I 2 R = UI.
Итак:
Колебания силы тока в цепи с резистором совпадают по фазе с колебаниями напряжения, а мощность определяется действующими значениями силы тока и напряжения.
Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин
Электромагнитные колебания. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика
Действующее значение тока и напряжения. Действующие значения силы тока и напряжения. Мгновенные, максимальные, действующие и средние значения электрических величин переменного тока
Как известно, переменная э.д.с. индукции вызывает в цепи переменный ток. При наибольшем значении э.д.с. сила тока будет иметь максимальное значение и наоборот. Это явление называется совпадением по фазе. Несмотря на то что значения силы тока могут колебаться от нуля и до определенного максимального значения, имеются приборы, с помощью которых можно замерить силу переменного тока.
Характеристикой переменного тока могут быть действия, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и при постоянном токе. К таким действиям можно отнести тепловое. К примеру, переменный ток протекает через проводник с заданным сопротивлением. Через определенный промежуток времени в этом проводнике выделится какое-то количество тепла. Можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы на этом же проводнике за то же время выделялось этим током такое же количество тепла, что и при переменном токе. Такое значение постоянного тока называется действующим значением силы переменного тока.
В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток , который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными э.д.с. с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.
Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 3.4.б.
Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что э.д.с., возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с э.д.с. первого генератора, т. е. она будет опаздывать на 120°. Э.д.с. третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.
Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока (рис. 3.4.а). Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает
а) б)
Рис. 3.4. Пример трехфазной системы переменного тока
а) генератор трёхфазного тока; б) с тремя генераторами;
изменяющаяся э.д.с. индукции. Из-за того что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.
Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь 6 проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку.
Соединение звездой
Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С , а концы — X, Y, Z . В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).
Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5., справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (Uл ). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т. е.: Uл = v3Uф.
Рассмотрим следующую цепь.
Она состоит из источника переменного напряжения, соединительных проводов и некоторой нагрузки. Причем индуктивность нагрузки очень мала, а сопротивление R очень велико. Эту нагрузку мы раньше называли сопротивлением. Теперь будем называть её активным сопротивлением.
Активное сопротивление
Сопротивление R называют активным, так как если в цепи будет нагрузка с таким сопротивлением, цепь будет поглощать энергию, поступающую от генератора. Будем считать, что напряжение на зажимах цепи подчиняется гармоническому закону:
U = Um*cos(ω*t).
Мгновенное значение силы тока можем вычислить по закону Ома, оно будет пропорционально мгновенному значению напряжения.
I = u/R = Um*cos(ω*t)/R = Im*cos(ω*t).
Сделаем вывод: в проводнике с активным сопротивлением разность фаз между колебаниями напряжения и силы тока отсутствует.
Действующее значение силы тока
Амплитуда силы тока определяется по следующей формуле:
Среднее значение квадрата силы тока за период вычисляется по следующей формуле:
Здесь Im есть амплитуда колебания силы тока. Если мы теперь вычислим квадратный корень из среднего значения квадрата силы тока, то получим величину, которая называется действующим значением силы переменного тока. 2) = Um/√2.
Теперь подставим действующие значения силы тока и напряжения, в выражение Im = Um/R. Получим:
Данное выражение является законом Ома для участка цепи с резистором, по которому течет переменный ток. Как и в случае механических колебаний, в переменном токе нас мало будут интересовать значения силы тока, напряжении в какой-то отдельный момент времени. Гораздо важнее будет знать общие характеристики колебаний — такие, как амплитуда, частота, период, действующие значения силы тока и напряжения.
Кстати, стоит отметить, что вольтметры и амперметры, предназначенные для переменного тока, регистрируют именно действующие значения напряжения и силы тока.
Еще одним преимуществом действующих значений перед мгновенными является то, что их можно сразу использовать для вычисления значения средней мощности P переменного тока.
В механической системе вынужденные колебания возникают при действии на нее внешней периодической силы. Аналогично этому вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи происходят под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС или внешнего изменяющегося напряжения.
Вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи представляют собой переменный электрический ток .
- Переменный электрический ток — это ток, сила и направление которого периодически меняются.
Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω по синусоидальному или косинусоидальному закону:
\(~u = U_m \cdot \sin \omega t\) или \(~u = U_m \cdot \cos \omega t\) ,
где u – мгновенное значение напряжения, U m – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае
\(~i = I_m \cdot \sin (\omega t + \varphi_c)\) ,
где φ c – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Исходя из этого можно дать еще такое определение:
- Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.
Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.
Генератор переменного тока
Основная часть электроэнергии в мире в настоящее время вырабатывается генераторами переменного тока, создающими гармонические колебания.
- Генератором переменного тока называется электротехническое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.
ЭДС индукции генератора изменяется по синусоидальному закону
\(e={\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)
где \({\rm E}_{m} =B\cdot S\cdot \omega\) — амплитудное (максимальное) значение ЭДС. При подключении к выводам рамки нагрузки сопротивлением R , через нее будет проходить переменный ток. По закону Ома для участка цепи сила тока в нагрузке
\(i=\dfrac{e}{R} =\dfrac{B \cdot S \cdot \omega }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)
где \(I_{m} = \dfrac{B\cdot S\cdot \omega }{R}\) — амплитудное значение силы тока.
Основными частями генератора являются (рис. 1):
- индуктор — электромагнит или постоянный магнит, который создает магнитное поле;
- якорь — обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;
- коллектор со щетками — устройство, посредством которого снимается с вращающихся частей или подается по ним ток.
Неподвижная часть генератора называется статором , а подвижная — ротором . В зависимости от конструкции генератора его якорь может быть как ротором, так и статором. При получении переменных токов большой мощности якорь обычно делают неподвижным, чтобы упростить схему передачи тока в промышленную сеть.
На современных гидроэлектростанциях вода вращает вал электрогенератора с частотой 1-2 оборота в секунду. Таким образом, если бы якорь генератора имел только одну рамку (обмотку), то получался бы переменный ток частотой 1-2 Гц. Поэтому, для получения переменного тока промышленной частоты 50 Гц якорь должен содержать несколько обмоток, позволяющих увеличить частоту вырабатываемого тока. Для паровых турбин, ротор которых вращается очень быстро, используют якорь с одной обмоткой. В этом случае частота вращения ротора совпадает с частотой переменного тока, т.е. ротор должен делать 50 об/с.
Мощные генераторы вырабатывают напряжение 15-20 кВ и обладают КПД 97-98 %.
Из истории . Первоначально Фарадей обнаружил лишь едва заметный ток в катушке при движении вблизи нее магнита. «Какая от этого польза?» — спросили его. Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р. Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».
*Принцип действия
Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции.
Пусть проводящая рамка площадью S вращается с угловой скоростью ω вокруг оси, расположенной в ее плоскости перпендикулярно однородному магнитному полю индукцией \(\vec{B}\) (см. рис. 1).
При равномерном вращении рамки угол α между направлениями вектора индукции магнитного поля \(\vec{B}\) и нормали к плоскости рамки \(\vec{n}\) меняется со временем по линейному закону. Если в момент времени t = 0 угол α 0 = 0 (см. рис. 1), то
\(\alpha = \omega \cdot t = 2\pi \cdot \nu \cdot t,\)
где ω — угловая скорость вращения рамки, ν — частота ее вращения.
В этом случае магнитный поток, пронизывающий рамку будет изменяться следующим образом
\(\Phi \left(t\right)=B\cdot S\cdot \cos \alpha =B\cdot S\cdot \cos \omega \cdot t.\)
Тогда согласно закону Фарадея индуцируется ЭДС индукции
\(e=-\Phi «(t)=B\cdot S\cdot \omega \cdot \sin \omega \cdot t = {\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\)
Подчеркнем, что ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное, которое также остается неизменным в течение следующего полуоборота.
Действующие значения силы тока и напряжения
Пусть источник тока создает переменное гармоническое напряжение
\(u=U_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\;\;\;(1)\)
Согласно закону Ома, сила тока в участке цепи, содержащей только резистор сопротивлением R , подключенный к этому источнику, изменяется со временем также по синусоидальному закону:
\(i = \dfrac{u}{R} =\dfrac{U_{m} }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\;\;\; (2)\)
где \(I_m = \dfrac{U_{m}}{R}.\) Как видим, сила тока в такой цепи также меняется с течением времени по синусоидальному закону. Величины U m , I m называются амплитудными значениями напряжения и силы тока . Зависящие от времени значения напряжения u и силы тока i называют мгновенными .
Кроме этих величин используются еще одна характеристика переменного тока: действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения .
- Действующим (эффективным) значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.
Обозначается буквой I .
- Действующим (эффективным) значением напряжения переменного тока называется напряжение такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.
Обозначается буквой U .{2}}{R}.\)
Необходимо отметить, что закон Ома для цепи переменного тока, содержащей только резистор сопротивлением R , выполняется как для амплитудных и действующих, так и для мгновенных значений напряжения и силы тока, вследствие того, что их колебания совпадают по фазе.
Эффективное напряжение переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения
Cтраница 2
Действующим значением силы тока I называется сила постоянного тока, выделяющего в проводнике за то же время такое же количество теплоты, что и переменный ток.
Как видно из рисунка, в каждый момент времени величины напряжения и силы тока принимают различные значения. Поэтому, чтобы судить о величине силы тока и напряжения переменного тока, пользуются действующим значением силы тока и напряжения. Чтобы определить действующее значение силы переменного тока, его приравнивают к силе постоянного тока, которое выделило бы в проводнике такое же количество тепла, как и переменный ток.
Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 300 витков, включен в сеть переменного тока с действующим напряжением 220 В. Вторичная цепь трансформатора питает нагрузку с активным сопротивлением 50 Ом. Найти действующее значение силы тока во вторичной цепи, если падение напряжения во вторичной обмотке трансформатора, содержащей 165 витков, равно 50 В.
Таким образом, при замене операции извлечения корня сравнением время, за которое интегрируемый сигнал с ГЛИН станет равен интегралу от квадрата измеренной силы тока, пропорционально действующему значению силы тока. До этого К2 был открыт в течение времени т и пропускал на счетчик СИ импульсы с генератора тактовых импульсов ГТИ. Число импульсов TV / гтит записанное в СЧ, пропорционально действующему значению силы тока. Это число хранится в / 77, а по окончании цикла измерения отображается на ЦИ.
Как и при механических колебаниях, в случае электрических колебаний обычно нас не интересуют значения силы тока, напряжения и других величин в каждый момент времени. Важны общие характеристики колебаний, такие, как амплитуда, период, частота, действующие значения силы тока и напряжения и средняя мощность. Именно действующие значения силы тока и напряжения регистрируют амперметры и вольтметры переменного тока.
Рх o jjFr В слУчае т — н — СУХОЙ лампы применяют способ термометра, подвешиваемого вблизи генераторной лампы, и отмечают его показание. Затем, разрывая цепь колебательного контура генератора, дают на сетку генераторной лампы положительный потенциал до тех пор, пока термометр не по. Беря в последнем случае величины 1а и Еа как исходные, определяем Рх из соотношения Рх1а Еа. Мощность в антенне определяется по ф-ле Рх — / /, где РЯ — мощность eW, ra — активное сопротивление антенны в Q и 1а — действующее значение силы тока в антенне в А. По скольку по современным международным нормам под мощностью передатчика принято понимать мощность в антенне, то упомянутая выше ф-ла определяет одновременно и мощность передатчика.
Тепловые измерители имеют наиболее широкое практич. Действие тепловых измерителей состоит в удлинении тонкой проволоки при нагревании ее проходящим по ней переменным током высокой частоты. Сам по себе эффект ограничивает пределы применимости таких измерителей токами от нескольких тА до 1 — 3 А в зависимости от материала тонкой проволоки, примененной в измерителе. Применяются сплавы серебра с платиной, платины с иридием и др. Если сплав применяется в виде проволоки, то она имеет диаметр сотых долей мм. При ленте толщина составляет 0 01 мм, ширина 3 мм и длина 25 — 30 мм. Удлинение нити нагреваемым током пропорционально квадрату действующего значения силы тока. Перемещение по шкале измерителя стрелки, связанной с той же проволокой с помощью особой подвижной системы, обычно пропорционально квадратному корню из действующей силы тока. Из-за этого шкалы тепловых измерителей имеют неравномерные интервалы между делениями.
В данном случае колебания тока являются гармоническими (график колебаний — синусоида) и вынужденными, поскольку параметры колебаний (частота, амплитуда) определяются внешним источником — генератором. Некоторые электротехнические устройства (например, колебательный контур) способны генерировать свободные гармонические колебания электрического тока. По левой ветви рамки — от нас и, поскольку в этом случае через клемму а течет ток в направлении, обратном показанному на рис. 12.1, ее полярность — минус. Поскольку при данном положении рамки сила тока имеет наибольшее значение, фаза колебаний может быть г / 2 или 3 / 2ir, в зависимости от того, какое направление тока в рамке мы принимаем за положительное. Сравнивая формулу (12.1) и заданную зависимость, нетрудно заметить, что 1т 10 А и ш 4тград / с. Далее, используя формулу (12.2), определяем частоту колебаний (отв. Используя закон Джоуля — Ленца (Q I2Rt), определяем действующее значение силы тока (отв.
Как известно, переменная э.д.с. индукции вызывает в цепи переменный ток. При наибольшем значении э.д.с. сила тока будет иметь максимальное значение и наоборот. Это явление называется совпадением по фазе. Несмотря на то что значения силы тока могут колебаться от нуля и до определенного максимального значения, имеются приборы, с помощью которых можно замерить силу переменного тока.
Характеристикой переменного тока могут быть действия, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и при постоянном токе. К таким действиям можно отнести тепловое. К примеру, переменный ток протекает через проводник с заданным сопротивлением. Через определенный промежуток времени в этом проводнике выделится какое-то количество тепла. Можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы на этом же проводнике за то же время выделялось этим током такое же количество тепла, что и при переменном токе. Такое значение постоянного тока называется действующим значением силы переменного тока.
В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток , который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными э.д.с. с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.
Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 3.4.б.
Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что э.д.с., возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с э.д.с. первого генератора, т. е. она будет опаздывать на 120°. Э.д.с. третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.
Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока (рис. 3.4.а). Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает
а) б)
Рис. 3.4. Пример трехфазной системы переменного тока
а) генератор трёхфазного тока; б) с тремя генераторами;
изменяющаяся э.д.с. индукции. Из-за того что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.
Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь 6 проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку.
Соединение звездой
Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С , а концы — X, Y, Z . В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).
Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5., справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (Uл ). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т. е.: Uл = v3Uф.
Соединение треугольником.
Рисунок 3.6. Пример соединения треугольником
При использовании данного способа соединения конец X первой обмотки генератора подключают к началу В второй его обмотки, конец Y второй обмотки — к началу С третьей обмотки, конец Z третьей обмотки — к началу А первой обмотки. Пример соединения показан на рис. 3.6. При данном способе соединения фазных обмоток и подключении трехфазного генератора к трехпроводной линии линейное напряжение по своему значению сравнивается с фазным: Uф = Uл
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные параметры, характеризующие переменный ток.
2. Дайте определение частоты и единицы её измерения.
3. Дайте определение амплитуды и единицы её измерения.
4. Дайте определение периода и единицы его измерения.
5. Отличие простейшего генератора трёхфазного тока от генератора однофазного тока.
6. Что такое фаза?
7. Что представляет собой ротор генератора трёхфазного тока?
8. Почему сдвинуты по фазе обмотки статора генератора трёхфазного тока?
9. Особенность симметричной системы трёх фаз.
10. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «звезда».
11. Принцип соединения фазных обмоток трёхфазных генераторов и трансформаторов по схеме «треугольник».
3.2. Виды сопротивлений в цепях переменного тока
В цепях переменного тока сопротивления разделяют на активные и реактивные.
В активных сопротивлениях , включенных в цепь переменного тока, электрическая энергия преобразуется в тепловую. Активным сопротивлением R обладают, например, провода электрических линий, обмотки электрических машин и т.д.
В реактивных сопротивлениях электрическая энергия, вырабатываемая источником, не расходуется. При включении реактивного сопротивления в цепь переменного тока возникает лишь обмен энергией между ним и источником электрической энергии. Реактивное сопротивление создают индуктивности и ёмкости.
Если не учитывать взаимное влияние отдельных элементов электрической цепи, то в общем случае электрическая цепь синусоидального тока может быть представлена тремя пассивными элементами: активным сопротивлением R, индуктивностью L и емкостью C.
Активное сопротивление в цепи переменного тока .
При включении в цепь переменного тока активного сопротивления, ток и напряжение совпадают по фазе (рис. 3.7) и изменяются по одному и тому же cинусоидальному закону: u=U m sinωt . Они одновременно достигают своих максимальных значений и одновременно проходят через нуль (рис. 3.7.б).
Для цепи переменного тока, содержащей только активное сопротивление, закон Ома имеет такую же форму, как и для цепи постоянного тока: I=U/R.
Электрическая мощность р в цепи с активным сопротивлением в любой момент времени равна произведению мгновенных значений силы тока i и напряжения u : p=ui .
Рисунок 3.7. Схема включения в цепь переменного тока активного сопротивления R (a), кривые тока i , напряжения u и мощности p (б) и векторная диаграмма.
Из графика видно, что изменение мощности происходит с двойной частотой по отношению к изменению тока и напряжения, т.е. один период изменения мощности соответствует половине периода изменения тока и напряжения. Все значения мощности положительные, это означает, что энергия передается от источника к потребителю.
Средняя мощность Рcp , потребляемая активным сопротивлением, P=UI=I 2 R – это и есть активная мощность.
Под индуктивностью L будем понимать элемент электрической цепи (катушку индуктивности, потерями которой можно пренебречь), способный запасать энергию в своём магнитном поле, который не имеет активного сопротивления и ёмкостиС (рис.3.8).
При включении в цепь переменного тока индуктивности, изменяющийся ток непрерывно индуцирует в ней э.д.с. самоиндукции e L = LΔi/Δt, где Δi/Δt – скорость изменения тока.
Когда угол ωt равен 90° и 270° скорость изменения тока Δi/Δt =0, поэтому э.д.с. e L =0.
Скорость изменения тока будет наибольшей, когда угол ωt равен 0°, 180° и 360°. В эти минуты времени э.д.с. имеет наибольшее значение.
Кривая мощности представляет собой синусоиду, которая изменяется с двойной частотой по сравнению с частотой изменения тока и напряжения. Мощность имеет положительные и отрицательные значения, т.е. возникает непрерывный колебательный процесс обмена энергией между источником и индуктивностью.
Рисунок 3.8. Схема включения в цепь переменного тока индуктивности (а), кривые тока i , напряжения u , э.д.с. e L (б) и векторная диаграмма (в)
Э.д.с. самоиндукции согласно правилу Ленца направлена так, чтобы препятствовать изменению тока. В первую четверть периода, когда ток увеличивается, э.д.с. имеет отрицательное значение (направлена против тока).
Во вторую четверть периода, когда ток уменьшается, э.д.с. имеет положительное значение (совпадает по направлению с током).
В третью четверть периода ток меняет своё направление и увеличивается, поэтому э.д.с. направлена против тока и имеет положительное значение.
В четвёртую четверть периода ток уменьшается и э.д.с. самоиндукции стремится поддержать прежнее положение тока и имеет отрицательное значение. В результате ток отстает от напряжения по фазе на угол 90 О.
Сопротивление катушки или проводника переменному току, вызванное действием э.д.с. самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением Х L [Ом]. Индуктивное сопротивление не зависит от материала катушки и от площади поперечного сечения проводника.
В цепях переменного тока катушки индуктивности соединяют последовательно и параллельно.
При последовательном соединении катушек эквивалентная индуктивностьLэ и эквивалентное индуктивное сопротивление X L э будут равны:
Lэ=L 1 +L 2 +… X L э=X L 1 +X L 2 +…
При параллельном соединении катушек:
1/Lэ=1/L 1 +1/L 2 +… 1/X L э=1/X L 1 +1/X L 2 +…
Контрольные вопросы
1. Какие виды сопротивления в цепях переменного тока Вы знаете?
2. Что значит активное сопротивление?
3. Что такое реактивное сопротивление?
4. Какие элементы цепи создают реактивное сопротивление?
5. Что такое активная мощность?
1. Дайте определение индуктивности.
2. Что происходит в первую четверть периода колебательного процесса обмена энергией между источником и индуктивностью?
3. Что происходит во вторую четверть периода колебательного процесса обмена энергией между источником и индуктивностью?
4. Дайте определение индуктивного сопротивления.
3.3. Конденсаторы. Ёмкость в цепи переменного тока
Конденсатор – устройство, способное накапливать электрические заряды.
Простейший конденсатор представляет собой две металлические пластины (электроды), разделенные диэлектриком.
Каждый конденсатор характеризуется номинальной емкостью и допустимым напряжением. Напряжение конденсатора указывают на корпусе, и превышать его нельзя. Конденсаторы различаются формой электродов (плоский), типом диэлектрика и ёмкостью (постоянной и переменной).
Силу переменного тока (напряжения) можно охарактеризовать при помощи амплитуды. Однако амплитудное значение тока непросто измерить экспериментально. Силу переменного тока удобно связать с каким-либо действием, производимым током, не зависящим от его направления. Таковым является, например, тепловое действие тока. Поворот стрелки амперметра, измеряющего переменный ток, вызывается удлинением нити, которая нагревается при прохождении по ней тока.
Действующим илиэффективным значением переменного тока (напряжения) называется такое значение постоянного тока, при котором на активном сопротивлении выделяется за период такое же количество теплоты, как и при переменном токе.
Свяжем эффективное значение тока с его амплитудным значением. Для этого рассчитаем количество теплоты, выделяемое на активном сопротивлении переменным током за время, равное периоду колебаний. Напомним, что по закону Джоуля-Ленца количество теплоты, выделяющееся на участке цепи cсопротивлениемприпостоянном токеза время, определяется по формуле
. Переменный ток можно считать постоянным только в течение очень малых промежутков времени
. Поделим период колебанийна очень большое число малых промежутков времени
. Количество теплоты
, выделяемое на сопротивленииза время
:
. Общее количество теплоты, выделяемое за период, найдется суммированием теплот, выделяемых за отдельные малые промежутки времени, или, другими словами, интегрированием:
.
Сила тока в цепи изменяется по синусоидальному закону
,
.
Опуская вычисления, связанные с интегрированием, запишем окончательный результат
.
Если бы по цепи шёл некоторый постоянный ток , то за время, равное, выделилось бы тепло
. По определению постоянный ток, оказывающий такое же тепловое действие, что и переменный, будет равен эффективному значению переменного тока
. Находим эффективное значение силы тока, приравнивая теплоты, выделяемые за период, в случаях постоянного и переменного токов
(4.28)
Очевидно, точно такое же соотношение связывает эффективное и амплитудное значения напряжения в цепи с синусоидальным переменным током:
(4.29)
Например, стандартное напряжение в сети 220 В – это эффективное напряжение. По формуле (4.29) легко посчитать, что амплитудное значение напряжения в этом случае будет равно 311 В.
4.4.5. Мощность в цепи переменного тока
Пусть на некотором участке цепи с переменным током сдвиг фаз между током и напряжением равен , т.е. сила тока и напряжение изменяются по законам:
,
.
Тогда мгновенное значение мощности, выделяемой на участке цепи,
Мощность изменяется со временем. Поэтому можно говорить лишь о ее среднем значении. Определим среднюю мощность, выделяемую в течение достаточно длительного промежутка времени (во много раз превосходящего период колебаний):
С использованием известной тригонометрической формулы
.
Величину
усреднять не нужно, так как она не зависит от времени, следовательно:
.
За длительное время значение косинуса много раз успевает измениться, принимая как отрицательные, так и положительные значения в пределах от (1) до 1. Понятно, что среднее во времени значение косинуса равно нулю
,
поэтому
(4.30)
Выражая амплитуды тока и напряжения через их эффективные значения по формулам (4.28) и (4.29), получим
. (4.31)
Мощность, выделяемая на участке цепи с переменным током, зависит от эффективных значений тока и напряжения и сдвига фаз между током и напряжением . Например, если участок цепи состоит из одного только активного сопротивления, то
и
. Если участок цепи содержит только индуктивность или только ёмкость, то
и
.
Объяснить среднее нулевое значение мощности, выделяемой на индуктивности и ёмкости можно следующим образом. Индуктивность и ёмкость лишь заимствуют энергию у генератора, а затем возвращают её обратно. Конденсатор заряжается, а затем разряжается. Сила тока в катушке увеличивается, затем снова спадает до нуля и т. д. Именно по той причине, что на индуктивном и ёмкостном сопротивлениях средняя расходуемая генератором энергия равна нулю, их назвали реактивными. На активном же сопротивлении средняя мощность отлична от нуля. Другими словами провод с сопротивлением при протекании по нему тока нагревается. И энергия, выделяемая в виде тепла, назад в генератор уже не возвращается.
Если участок цепи содержит несколько элементов, то сдвига фаз может быть иным. Например, в случае участка цепи, изображенного на рис. 4.5, сдвиг фаз между током и напряжением определяется по формуле (4.27).
Пример 4.7. К генератору переменного синусоидального тока подключён резистор с сопротивлением. Во сколько раз изменится средняя мощность, расходуемая генератором, если к резистору подключить катушку с индуктивным сопротивлением
а) последовательно, б) параллельно (рис. 4.10)? Активным сопротивлением катушки пренебречь.
Решение. Когда к генератору подключено одно только активное сопротивление, расходуемая мощность
(см. формулу (4.30)).
Рассмотрим цепь на рис. 4.10, а. В примере 4.6 было определено амплитудное значение силы тока генератора:
. Из векторной диаграммы на рис. 4.11,а определяем сдвиг фаз между током и напряжением генератора
.
В результате средняя расходуемая генератором мощность
.
Ответ: при последовательном включении в цепь индуктивности средняя мощность, расходуемая генератором, уменьшится в 2 раза.
Рассмотрим цепь на рис. 4.10,б. В примере 4.6 было определено амплитудное значение силы тока генератора
. Из векторной диаграммы на рис. 4.11,б определяем сдвиг фаз между током и напряжением генератора
.
Тогда средняя мощность, расходуемая генератором
Ответ: при параллельном включении индуктивности средняя мощность, расходуемая генератором, не изменяется.
Значения действующего напряжения и силы тока. Определение. Соотношение с амплитудой для разной формы. (10+) Понятие эффективных (действующих) значений напряжения и силы тока Когда мы говорим о переменных напряжении или силе тока, особенно сложной формы, то встает вопрос о том, как их измерять. Ведь напряжение постоянно меняется. Можно измерять амплитуду сигнала, то есть максимум модуля значения напряжения. Такой метод измерения нормально подходит для сигналов относительно гладкой формы, но наличие коротких всплесков портит картину. Еще одним критерием выбора способа измерения является то, для каких целей делается измерение. Так как в большинстве случаев интерес представляет мощность, которую может отдать тот или иной сигнал, то применяется действующее (эффективное) значение.
|
, |
Аналогично определяются действующие значения ЭДС и напряжения.
Синусоидально изменяющийся ток
Из всех возможных форм периодических токов наибольшее распространение получил синусоидальный ток. По сравнению с другими видами тока синусоидальный ток имеет то преимущество, что позволяет в общем случае наиболее экономично осуществлять производство, передачу, распределение и использование электрической энергии. Только при использовании синусоидального тока удается сохранить неизменными формы кривых напряжений и токов на всех участках сложной линейной цепи. Теория синусоидального тока является ключом к пониманию теории других цепей.
Изображение синусоидальных эдс, напряжений и токов на плоскости декартовых координат
Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений с тригонометрическими функциями, представить в виде векторов на декартовой плоскости или комплексными числами.
Приведенным на рис. 1, 2 графикам двух синусоидальных ЭДС е 1 и е 2 соответствуют уравнения:
Значения аргументов синусоидальных функций и называются фазами синусоид, а значение фазы в начальный момент времени (t =0): и — начальной фазой ( ).
Величину , характеризующую скорость изменения фазового угла, называют угловой частотой. Так как фазовый угол синусоиды за время одного периода Т изменяется на рад., то угловая частота есть , где f– частота.
При совместном рассмотрении двух синусоидальных величин одной частоты разность их фазовых углов, равную разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз .
Для синусоидальных ЭДС е 1 и е 2 угол сдвига фаз:
Векторное изображение синусоидально изменяющихся величин
На декартовой плоскости из начала координат проводят векторы, равные по модулю амплитудным значениям синусоидальных величин, и вращают эти векторы против часовой стрелки (в ТОЭ данное направление принято за положительное ) с угловой частотой, равной w . Фазовый угол при вращении отсчитывается от положительной полуоси абсцисс. Проекции вращающихся векторов на ось ординат равны мгновенным значениям ЭДС е 1 и е 2 (рис. 3). Совокупность векторов, изображающих синусоидально изменяющиеся ЭДС, напряжения и токи, называют векторными диаграммами. При построении векторных диаграмм векторы удобно располагать для начального момента времени (t =0), что вытекает из равенства угловых частот синусоидальных величин и эквивалентно тому, что система декартовых координат сама вращается против часовой стрелки со скоростью w . Таким образом, в этой системе координат векторы неподвижны (рис. 4). Векторные диаграммы нашли широкое применение при анализе цепей синусоидального тока. Их применение делает расчет цепи более наглядным и простым. Это упрощение заключается в том, что сложение и вычитание мгновенных значений величин можно заменить сложением и вычитанием соответствующих векторов.
Пусть, например, в точке разветвления цепи (рис. 5) общий ток равен сумме токов и двух ветвей:
Каждый из этих токов синусоидален и может быть представлен уравнением
Результирующий ток также будет синусоидален:
Определение амплитуды и начальной фазы этого тока путем соответствующих тригонометрических преобразований получается довольно громоздким и мало наглядным, особенно, если суммируется большое число синусоидальных величин. Значительно проще это осуществляется с помощью векторной диаграммы. На рис. 6 изображены начальные положения векторов токов, проекции которых на ось ординат дают мгновенные значения токов дляt =0. При вращении этих векторов с одинаковой угловой скоростью w их взаимное расположение не меняется, и угол сдвига фаз между ними остается равным .
Так как алгебраическая сумма проекций векторов на ось ординат равна мгновенному значению общего тока, вектор общего тока равен геометрической сумме векторов токов:
.
Построение векторной диаграммы в масштабе позволяет определить значения и из диаграммы, после чего может быть записано решение для мгновенного значения путем формального учета угловой частоты: .
Действующее и среднее значения переменного тока и напряжения.
Среднее или среднеарифметическое значение Fcp произвольной функции времени f (t )за интервал времени Т определяется по формуле:
Численно среднее значение Fср равно высоте прямоугольника, равновеликого по площади фигуре, ограниченной кривой f (t ), осью t и пределами интегрирования 0 – Т (рис. 35).
Для синусоидальной функции среднее значение за полный период Т (или за целое число полных периодов) равно нулю, так как площади положительной и отрицательной полуволн этой функции равны. Для переменного синусоидального напряжения определяют среднее по модулю значение за полный период Т или среднее значение за половину периода (Т /2) между двумя нулевыми значениями (рис. 36) :
Ucp = Um∙ sinwt dt = 2R . Таким образом, количественные параметры электрической энергии на переменном токе (количество энергии, мощность) определяются действующими значениями напряжения U и тока I . По этой причине в электроэнергетике все теоретические расчеты и экспериментальные измерения принято выполнять для действующих значений токов и напряжений. В радиотехнике и в технике связи, наоборот, оперируют максимальными значениями этих функций.
Приведенные выше формулы для энергии и мощности переменного тока полностью совпадают с аналогичными формулами для постоянного тока. На этом основании можно утверждать, что энергетически постоянному току эквивалентно действующее значение переменного тока.
Что берется за действующее значение силы переменного тока и переменного напряжения
что берется за действующее значение силы переменного тока и переменного напряжения?
Боевое яйцо
Переменный ток, в широком смысле электрический ток, изменяющийся во времени. Обычно в технике под П. т. понимают периодический ток, в котором среднее значение за период силы тока и напряжения равно нулю.
Переменные токи и переменные напряжения постоянно изменяются по величине. В каждое другое мгновение у них другая величина. Возникает вопрос, как же их измерять? Для их измерения введено понятие действующее значение.
Действующим или эффективным значением переменного тока называют величину такого постоянного тока, который по своему тепловому действию равноценен данному переменному току.
Действующим или эффективным значением переменного напряжения называют величину такого постоянного напряжения, которое по своему тепловому действию равноценно данному переменному напряжению.
Все переменные токи и напряжения в технике измеряются в действующих значениях. Приборы измеряющие переменные величины показывают их действующее значение.
Вопрос: напряжение в электросети 220 В, что это значит?
Это значит, что источник постоянного напряжения с напряжением 220 В оказывает такое же тепловое действие как и электросеть.
Действующее значение тока или напряжения синусоидальной формы в 1,41 раз меньше амплитуды этого тока или напряжения.
Пример: Определить амплитуду напряжения электросети с напряжением 220 В.
Амплитуда равна 220 * 1,41=310,2 В.
Переменный синусоидальный ток в течение периода имеет разные секундные значения. Естественно поставить вопрос, какое же значение тока будет измеряться амперметром, включенным в цепь?
При расчетах цепей переменного тока, также при электронных измерениях неловко воспользоваться моментальными либо амплитудными значениями токов и напряжений, а их средние значения за период равны нулю. Не считая того, об электронном эффекте временами изменяющегося тока (о количестве выделенной теплоты, о совершенной работе и т. д.) нельзя судить по амплитуде этого тока.
Более комфортным оказалось введение понятий так именуемых действующих значений тока и напряжения . В базу этих понятий положено термическое (либо механическое) действие тока, не зависящее от его направления.
— это значение неизменного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе.
Для оценки деяния, производимого переменным током, мы сравним его деяния с термическим эффектом неизменного тока.
Мощность Р неизменного тока I , проходящего через сопротивление r , будет Р = Р 2 r .
Мощность переменного тока выразится как средний эффект моментальной мощности I 2 r за целый период либо среднее значение от (Im х sinωt ) 2 х r за то же время.
Пусть среднее значение t2 за период будет М. Приравнивая мощность неизменного тока и мощность при переменном токе, имеем: I 2 r = Mr, откуда I = √ M ,
Величина I именуется действующим значением переменного тока.
Среднее значение i2 при переменном токе определим последующим образом.
Построим синусоидальную кривую конфигурации тока. Возведя в квадрат каждое секундное значение тока, получим кривую зависимости Р от времени.
Обе половины этой кривой лежат выше горизонтальной оси, потому что отрицательные значения тока (-i ) во 2-ой половине периода, будучи построены в квадрат, дают положительные величины.
Построим прямоугольник с основанием Т и площадью, равной площади, ограниченной кривой i 2 и горизонтальной осью. Высота прямоугольника М будет соответствовать среднему значению Р за период. Это значение за период, вычисленное с помощью высшей арифметики, будет равно 1/2I 2 m . Как следует, М = 1/2I 2 m
Потому что действующее значение I переменного тока равно I = √ M , то совсем I = Im / √ 2
Аналогично зависимость меж действующим и амплитудным значениями для напряжения U и Е имеет вид:
U = Um / √ 2 , E= Em / √ 2
Действующие значения переменных величин обозначаются строчными знаками без индексов (I , U, Е).
На основании произнесенного выше можно сказать, что действующее значение переменного тока равно такому неизменному току, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, за то же время выделяет такое же количество энергии.
Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры), включенные в цепь переменного тока, демонстрируют действующие значения тока либо напряжения.
При построении векторных диаграмм удобнее откладывать не амплитудные, а действующие значения векторов. Для этого длины векторов уменьшают в √ 2 раз. От этого размещение векторов на диаграмме не меняется.
Школа для электрика
Действующее значение силы тока. Действующее значение переменного тока
Рассмотрим следующую цепь.
Она состоит из источника переменного напряжения, соединительных проводов и некоторой нагрузки. Причем индуктивность нагрузки очень мала, а сопротивление R очень велико. Эту нагрузку мы раньше называли сопротивлением. Теперь будем называть её активным сопротивлением.
Активное сопротивление
Сопротивление R называют активным, так как если в цепи будет нагрузка с таким сопротивлением, цепь будет поглощать энергию, поступающую от генератора. Будем считать, что напряжение на зажимах цепи подчиняется гармоническому закону:
U = Um*cos(ω*t).
Мгновенное значение силы тока можем вычислить по закону Ома, оно будет пропорционально мгновенному значению напряжения.
I = u/R = Um*cos(ω*t)/R = Im*cos(ω*t).
Сделаем вывод: в проводнике с активным сопротивлением разность фаз между колебаниями напряжения и силы тока отсутствует.
Действующее значение силы тока
Амплитуда силы тока определяется по следующей формуле:
Среднее значение квадрата силы тока за период вычисляется по следующей формуле:
Здесь Im есть амплитуда колебания силы тока. Если мы теперь вычислим квадратный корень из среднего значения квадрата силы тока, то получим величину, которая называется действующим значением силы переменного тока.2) = Um/√2.
Теперь подставим действующие значения силы тока и напряжения, в выражение Im = Um/R. Получим:
Данное выражение является законом Ома для участка цепи с резистором, по которому течет переменный ток. Как и в случае механических колебаний, в переменном токе нас мало будут интересовать значения силы тока, напряжении в какой-то отдельный момент времени. Гораздо важнее будет знать общие характеристики колебаний — такие, как амплитуда, частота, период, действующие значения силы тока и напряжения.
Кстати, стоит отметить, что вольтметры и амперметры, предназначенные для переменного тока, регистрируют именно действующие значения напряжения и силы тока.
Еще одним преимуществом действующих значений перед мгновенными является то, что их можно сразу использовать для вычисления значения средней мощности P переменного тока.
Как известно, переменная э.д.с. индукции вызывает в цепи переменный ток. При наибольшем значении э.д.с. сила тока будет иметь максимальное значение и наоборот. Это явление называется совпадением по фазе. Несмотря на то что значения силы тока могут колебаться от нуля и до определенного максимального значения, имеются приборы, с помощью которых можно замерить силу переменного тока.
Характеристикой переменного тока могут быть действия, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и при постоянном токе. К таким действиям можно отнести тепловое. К примеру, переменный ток протекает через проводник с заданным сопротивлением. Через определенный промежуток времени в этом проводнике выделится какое-то количество тепла. Можно подобрать такое значение силы постоянного тока, чтобы на этом же проводнике за то же время выделялось этим током такое же количество тепла, что и при переменном токе. Такое значение постоянного тока называется действующим значением силы переменного тока.
В данное время в мировой промышленной практике широко распространен трехфазный переменный ток , который имеет множество преимуществ перед однофазным током. Трехфазной называют такую систему, которая имеет три электрические цепи со своими переменными э.д.с. с одинаковыми амплитудами и частотой, но сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120° или на 1/3 периода. Каждая такая цепь называется фазой.
Для получения трехфазной системы нужно взять три одинаковых генератора переменного однофазного тока, соединить их роторы между собой, чтобы они не меняли свое положение при вращении. Статорные обмотки этих генераторов должны быть повернуты относительно друг друга на 120° в сторону вращения ротора. Пример такой системы показан на рис. 3.4.б.
Согласно вышеперечисленным условиям, выясняется, что э.д.с., возникающая во втором генераторе, не будет успевать измениться, по сравнению с э.д.с. первого генератора, т. е. она будет опаздывать на 120°. Э.д.с. третьего генератора также будет опаздывать по отношению ко второму на 120°.
Однако такой способ получения переменного трехфазного тока весьма громоздкий и экономически невыгодный. Чтобы упростить задачу, нужно все статорные обмотки генераторов совместить в одном корпусе. Такой генератор получил название генератор трехфазного тока (рис. 3.4.а). Когда ротор начинает вращаться, в каждой обмотке возникает
а) б)
Рис. 3.4. Пример трехфазной системы переменного тока
а) генератор трёхфазного тока; б) с тремя генераторами;
изменяющаяся э.д.с. индукции. Из-за того что происходит сдвиг обмоток в пространстве, фазы колебаний в них также сдвигаются относительно друг друга на 120°.
Для того чтобы подсоединить трехфазный генератор переменного тока к цепи, нужно иметь 6 проводов. Для уменьшения количества проводов обмотки генератора и приемников нужно соединить между собой, образовав трехфазную систему. Данных соединений два: звезда и треугольник. При использовании и того и другого способа можно сэкономить электропроводку.
Соединение звездой
Обычно генератор трехфазного тока изображают в виде 3 статорных обмоток, которые располагаются друг к другу под углом 120°. Начала обмоток принято обозначать буквами А, В, С , а концы — X, Y, Z . В случае, когда концы статорных обмоток соединены в одну общую точку (нулевая точка генератора), способ соединения называется «звезда». В этом случае к началам обмоток присоединяются провода, называемые линейными (рис. 3.5 слева).
Точно так же можно соединять и приемники (рис. 3.5., справа). В этом случае провод, который соединяет нулевую точку генератора и приемников, называется нулевой. Данная система трехфазного тока имеет два разных напряжения: между линейным и нулевым проводами или, что то же самое, между началом и концом любой обмотки статора. Такая величина называется фазным напряжением (Uл ). Поскольку цепь трехфазная, то линейное напряжение будет в v3 раз больше фазного, т. е.: Uл = v3Uф.
В механической системе вынужденные колебания возникают при действии на нее внешней периодической силы. Аналогично этому вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи происходят под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС или внешнего изменяющегося напряжения.
Вынужденные электромагнитные колебания в электрической цепи представляют собой переменный электрический ток .
- Переменный электрический ток — это ток, сила и направление которого периодически меняются.
Мы в дальнейшем будем изучать вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω по синусоидальному или косинусоидальному закону:
\(~u = U_m \cdot \sin \omega t\) или \(~u = U_m \cdot \cos \omega t\) ,
где u – мгновенное значение напряжения, U m – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае
\(~i = I_m \cdot \sin (\omega t + \varphi_c)\) ,
где φ c – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.
Исходя из этого можно дать еще такое определение:
- Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.
Переменный ток обеспечивает работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводит в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т.п. Частота колебаний напряжения в сети равна 50 Гц. Такую же частоту колебаний имеет и сила переменного тока. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз поменяет свое направление. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира. В США частота промышленного тока 60 Гц.
Генератор переменного тока
Основная часть электроэнергии в мире в настоящее время вырабатывается генераторами переменного тока, создающими гармонические колебания.
- Генератором переменного тока называется электротехническое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в энергию переменного тока.
ЭДС индукции генератора изменяется по синусоидальному закону
\(e={\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)
где \({\rm E}_{m} =B\cdot S\cdot \omega\) — амплитудное (максимальное) значение ЭДС. При подключении к выводам рамки нагрузки сопротивлением R , через нее будет проходить переменный ток. По закону Ома для участка цепи сила тока в нагрузке
\(i=\dfrac{e}{R} =\dfrac{B \cdot S \cdot \omega }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\)
где \(I_{m} = \dfrac{B\cdot S\cdot \omega }{R}\) — амплитудное значение силы тока.
Основными частями генератора являются (рис. 1):
- индуктор — электромагнит или постоянный магнит, который создает магнитное поле;
- якорь — обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС;
- коллектор со щетками — устройство, посредством которого снимается с вращающихся частей или подается по ним ток.
Неподвижная часть генератора называется статором , а подвижная — ротором . В зависимости от конструкции генератора его якорь может быть как ротором, так и статором. При получении переменных токов большой мощности якорь обычно делают неподвижным, чтобы упростить схему передачи тока в промышленную сеть.
На современных гидроэлектростанциях вода вращает вал электрогенератора с частотой 1-2 оборота в секунду. Таким образом, если бы якорь генератора имел только одну рамку (обмотку), то получался бы переменный ток частотой 1-2 Гц. Поэтому, для получения переменного тока промышленной частоты 50 Гц якорь должен содержать несколько обмоток, позволяющих увеличить частоту вырабатываемого тока. Для паровых турбин, ротор которых вращается очень быстро, используют якорь с одной обмоткой. В этом случае частота вращения ротора совпадает с частотой переменного тока, т.е. ротор должен делать 50 об/с.
Мощные генераторы вырабатывают напряжение 15-20 кВ и обладают КПД 97-98 %.
Из истории . Первоначально Фарадей обнаружил лишь едва заметный ток в катушке при движении вблизи нее магнита. «Какая от этого польза?» — спросили его. Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» Прошло немногим более половины столетия и, как сказал американский физик Р. Фейнман, «бесполезный новорожденный превратился в чудо-богатыря и изменил облик Земли так, как его гордый отец не мог себе и представить».
*Принцип действия
Принцип действия генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции.
Пусть проводящая рамка площадью S вращается с угловой скоростью ω вокруг оси, расположенной в ее плоскости перпендикулярно однородному магнитному полю индукцией \(\vec{B}\) (см. рис. 1).
При равномерном вращении рамки угол α между направлениями вектора индукции магнитного поля \(\vec{B}\) и нормали к плоскости рамки \(\vec{n}\) меняется со временем по линейному закону. Если в момент времени t = 0 угол α 0 = 0 (см. рис. 1), то
\(\alpha = \omega \cdot t = 2\pi \cdot \nu \cdot t,\)
где ω — угловая скорость вращения рамки, ν — частота ее вращения.
В этом случае магнитный поток, пронизывающий рамку будет изменяться следующим образом
\(\Phi \left(t\right)=B\cdot S\cdot \cos \alpha =B\cdot S\cdot \cos \omega \cdot t.\)
Тогда согласно закону Фарадея индуцируется ЭДС индукции
\(e=-\Phi «(t)=B\cdot S\cdot \omega \cdot \sin \omega \cdot t = {\rm E}_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\)
Подчеркнем, что ток в цепи проходит в одном направлении в течение полуоборота рамки, а затем меняет направление на противоположное, которое также остается неизменным в течение следующего полуоборота.
Действующие значения силы тока и напряжения
Пусть источник тока создает переменное гармоническое напряжение
\(u=U_{m} \cdot \sin \omega \cdot t.\;\;\;(1)\)
Согласно закону Ома, сила тока в участке цепи, содержащей только резистор сопротивлением R , подключенный к этому источнику, изменяется со временем также по синусоидальному закону:
\(i = \dfrac{u}{R} =\dfrac{U_{m} }{R} \cdot \sin \omega \cdot t = I_{m} \cdot \sin \omega \cdot t,\;\;\; (2)\)
где \(I_m = \dfrac{U_{m}}{R}.\) Как видим, сила тока в такой цепи также меняется с течением времени по синусоидальному закону. Величины U m , I m называются амплитудными значениями напряжения и силы тока . Зависящие от времени значения напряжения u и силы тока i называют мгновенными .
Кроме этих величин используются еще одна характеристика переменного тока: действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения .
- Действующим (эффективным) значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.
Обозначается буквой I .
- Действующим (эффективным) значением напряжения переменного тока называется напряжение такого постоянного тока, который, проходя по цепи, выделяет в единицу времени такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.
Обозначается буквой U .{2}}{R}.\)
Необходимо отметить, что закон Ома для цепи переменного тока, содержащей только резистор сопротивлением R , выполняется как для амплитудных и действующих, так и для мгновенных значений напряжения и силы тока, вследствие того, что их колебания совпадают по фазе.
При расчете цепей переменного тока обычно пользуются понятием действующих (эффективных) значений переменного тока, напряжения и э. д. с.
Действующие значения тока, напряжения и э. д. с. обозначаются прописными буквами .
На шкалах измерительных приборов и технической документации также указываются действующие значения величин.
Действующее значение переменного тока равно значению такого эквивалентного постоянного тока, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, выделяет в нем за период то же количество тепла.
Количество тепла, выделенное переменным током в со противлении за бесконечно малый промежуток времени
а за период переменного тока Т
Приравняв Полученное выражение количеству тепла выделенному в том же сопротивлении постоянным током за то же время Т, получим:
Сократив общий множитель , получим действующее значение тока
Рис. 5-8. График переменного тока и квадрата тока.
На рис. 5-8 построена кривая мгновенных значений тока i и кривая квадратов мгновенных значений Площадь, ограниченная последней кривой и осью абсцисс, представляет собой в некотором масштабе величину, определяемую выражением Высота прямоугольника равновеликого площади, ограниченной кривой и осью абсцисс, равная среднему значению ординат кривой представляет собой квадрат действующего значения тока
Если ток изменяется по закону синуса, т. е.
Аналогично для действующих значений синусоидальных напряжений и э. д. с. можно написать:
Кроме действующего значения тока и напряжения, иногда пользуются еще понятием среднего значения тбка и напряжения.
Среднее значение синусоидального тока за период равно нулю, так как в течение первой половины периода определенное количество электричества Q проходит через поперечное сечение проводника в прямом направлении. В течение второй половины периода то же количество электричества проходит через сечение проводника в обратном направлении. Следовательно, количество электричества, прошедшее через сечение проводника за период, равно нулю, равно нулю и среднее за период значение синусоидального тока.
Поэтому среднее значение синусоидального тока вычисляют за полупериод, в течение которого ток остается положительным. Среднее значение тока равно отношению количества электричества, прошедшего через сечение проводника за половину периода, к продолжительности этого полупериода.
Действующее (эффективное) значение переменного тока равно величине такого постоянного тока, который за время, равное одному периоду переменного тока, произведёт такую же работу (тепловой или электродинамический эффект), что и рассматриваемый переменный ток.
В современной литературе чаще используется математическое определение этой величины — среднеквадратичное значение переменного тока.
Иначе говоря, действующее значение переменного тока можно определить по формуле:
I = 1 T ∫ 0 T i 2 d t . {\displaystyle I={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}i^{2}dt}}.}
Для синусоидального тока:
I = 1 2 ⋅ I m ≈ 0,707 ⋅ I m , {\displaystyle I={\frac {1}{\sqrt {2}}}\cdot I_{m}\approx 0{,}707\cdot I_{m},}
I m {\displaystyle I_{m}} — амплитудное значение тока.
Для тока треугольной и пилообразной формы:
I = 1 3 ⋅ I m ≈ 0,577 ⋅ I m . {\displaystyle I={\frac {1}{\sqrt {3}}}\cdot I_{m}\approx 0{,}577\cdot I_{m}.}
Аналогичным образом определяются действующие значения ЭДС и напряжения.
Дополнительные сведения
В англоязычной технической литературе для обозначения действующего значения употребляется термин effective value — эффективное значение. Также применяется аббревиатура RMS (rms) — root mean square — среднеквадратичное (значение).
В электротехнике приборы электромагнитной, электродинамической и тепловой систем калибруются на действующее значение.
Источники
- «Справочник по физике», Яворский Б. М., Детлаф А. А., изд. «Наука», 1979 г.1
- Курс физики. А. А. Детлаф, Б. М. Яворский М.: Высш. шк., 1989. § 28.3, п.5
- «Теоретические основы электротехники», Л. А. Бессонов: Высш. шк., 1996. § 7.8 — § 7.10
Ссылки
- Действующие значения тока и напряжения
- Среднеквадратичное значение
Мгновенные, максимальные, действующие и средние значения электрических величин переменного тока
Мгновенное и максимальное значения. Величину переменной электродвижущей силы, силы тока, напряжения и мощности в любой момент времени называют мгновенными значениями этих величин и обозначают соответственно строчными буквами (e, i, u, p ).
Максимальным значением (амплитудой) переменной э. д. с. (или напряжения или тока) называется та наибольшая величина, которой она достигает за один период. Максимальное значение электродвижущей силы обозначается Е m , напряжения — U m , тока — I m .
Действующим (или эффективным) значением переменного тока называется такая сила постоянного тока, которая, протекая через равное сопротивление и за одно и то же время, что и переменный ток, выделяет одинаковое количество тепла.
Для синусоидального переменного тока действующее значение меньше максимального в 1,41 раз, т. е. в раз.
Аналогично действующие значения переменной электродвижущей силы и напряжения меньше их максимальных значений тоже в 1,41 раза.
По величине измеренных действующих значений силы переменного тока, напряжения или электродвижущей силы можно вычислить их максимальные значения:
E m = E · 1,41; U m = U · 1,41; I m = I · 1,41;
Среднее значение = отношению количества эл энергии прошедшего через сечение проводника за половину периода к величине этого полупериода.
Под средним значением понимают среднеарифметическое ее значение за половину периода.
/ Среднее и действующие значения синусоидальных токов и напряжений
Под средним значением синусоидально изменяющейся величины понимают ее среднее значение за полпериода. Среднее значение тока
т. е. среднее значение синусоидального тока составляет от амплитудного. Аналогично,
Широко применяют понятие действующего значения синусоидально изменяющейся величины (его называют также эффективным или среднеквадратичным). Действующее значение тока
Следовательно, действующее значение синусоидального тока равно 0,707 от амплитудного. Аналогично,
Можно сопоставить тепловое действие синусоидального тока с тепловым действием постоянного тока, текущего то же время по тому же сопротивлению.
Количество теплоты, выделенное за один период синусоидальным током,
Выделенная за то же время постоянным током теплота равна Приравняем их:
Таким образом, действующее значение синусоидального тока численно равно значению такого постоянного тока, который за время, равное периоду синусоидального тока, выделяет такое же количество теплоты, что и синусоидальный ток.
Для установления эквивалентности переменного тока в отношении энергии и мощности, общности методов расчета, а также сокращения вычислительной работы изменяющиеся непрерывно во времени токи. ЭДС и напряжения заменяют эквивалентными неизменными во времени величинами. Действующим или эквивалентным значением называется такой неизменный во времени ток, при котором выделяется в резистивном элементе с активным сопротивлением r за период то же количество энергии, что и при действительном изменяющемся синусоидально токе.
Энергия за период, выделяющаяся в резистивном элементе при синусоидальном токе,
i 2r dt = | I m 2 sin2 ωt r dt. . | |||
При неизменном во времени токе энергия
W = I 2rT
Приравняв правые части
I m
0,707I m .
Таким образом, действующее значение тока меньше амплитудного в √2 раз.
Аналогично определяют действующие значения ЭДС и напряжения:
Е = E m / √2, U = U m / √2.
Действующему значению тока пропорциональна сила, действующая на ротор двигателя переменного тока, подвижную часть измерительного прибора и т. д. Когда говорят о значениях напряжения, ЭДС и тока в цепях переменного тока, имеют в виду их действующие значения. Шкалы измерительных приборов переменного тока отградуированы соответственно в действующих значениях тока и напряжения. Например, если прибор показывает 10 А, то это значит, что амплитуда тока
I m = √2I = 1,41 10 = 14,1 A,
и мгновенное значение тока
i = I m sin (ωt + ψ) = 14,1 sin (ωt + ψ).
При анализе и расчет выпрямительных устройств пользуются средними значениями тока, ЭДС и напряжения, под которыми понимают среднее арифметическое значение соответствующей величины за полпериода (среднее значение за период, как известно, равно нулю):
T 2 | ||||||||||
Е ср = | Е т sin ωt dt = | sin ωt d ωt = | |cos ωt | π 0 = | 0,637Е т . | ||||||
Аналогично можно найти средние значения тока и напряжения:
I ср = 2I т /π; U ср = 2U т /π.
Отношение действующего значения к среднему значению какой-либо периодически изменяющейся величины называется коэффициентом формы кривой. Для синусоидального тока
Переменный синусоидальный ток в течение периода имеет различные мгновенные значения. Естественно поставить вопрос, какое же значение тока будет измеряться амперметром, включенным в цепь? При расчетах цепей переменного тока, а также при электрических измерениях неудобно пользоваться мгновенными или амплитудными значениями токов и напряжений, а их средние значения за период равны нулю. Кроме того, об электрическом эффекте периодически изменяющегося тока (о количестве выделенной теплоты, о совершенной работе и т. д.) нельзя судить по амплитуде этого тока. Наиболее удобным оказалось введение понятий так называемых действующих значений тока и напряжения . В основу этих понятий положено тепловое (или механическое) действие тока, не зависящее от его направления. Действующее значение переменного тока — это значение постоянного тока, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе. Для оценки действия, производимого переменным током, мы сравним его действия с тепловым эффектом постоянного тока. Мощность Р постоянного тока I, проходящего через сопротивление r, будет Р = Р2r. Мощность переменного тока выразится как средний эффект мгновенной мощности I2r за целый период или среднее значение от (Im х sinωt)2 х rза то же время. Пусть среднее значение t2 за период будет М. Приравнивая мощность постоянного тока и мощность при переменном токе, имеем: I2r = Mr, откуда I = √M, Величина I называется действующим значением переменного тока. Среднее значение i2 при переменном токе определим следующим образом. Построим синусоидальную кривую изменения тока. Возведя в квадрат каждое мгновенное значение тока, получим кривую зависимости Р от времени. Действующее значение переменного тока Обе половины этой кривой лежат выше горизонтальной оси, так как отрицательные значения тока (-i) во второй половине периода, будучи возведены в квадрат, дают положительные величины. Построим прямоугольник с основанием Т и площадью, равной площади, ограниченной кривой i2 и горизонтальной осью. Высота прямоугольника М будет соответствовать среднему значению Р за период. Это значение за период, вычисленное при помощи высшей математики, будет равно1/2I2m. Следовательно, М = 1/2I2m Так как действующее значение I переменного тока равно I = √M, то окончательно I = Im / √2 Аналогично зависимость между действующим и амплитудным значениями для напряжения U и Е имеет вид: U = Um / √2,E= Em / √2 Действующие значения переменных величин обозначаются прописными буквами без индексов (I, U, Е). На основании сказанного выше можно сказать, что действующее значение переменного тока равно такому постоянному току, который, проходя через то же сопротивление, что и переменный ток, за то же время выделяет такое же количество энергии. Электроизмерительные приборы (амперметры, вольтметры), включенные в цепь переменного тока, показывают действующие значения тока или напряжения. При построении векторных диаграмм удобнее откладывать не амплитудные, а действующие значения векторов. Для этого длины векторов уменьшают в √2 раз. От этого расположение векторов на диаграмме не изменяется. |
Список параметров напряжения и силы электрического тока
В связи с тем, что электрические сигналы представляют собой изменяющиеся во времени величины, в электротехнике и радиоэлектронике используются по необходимости разные способы представлений напряжения и силы электрического тока
Значения переменного напряжения (тока)
Мгновенное значение
Мгновенное значение — это значение сигнала в определённый момент времени, функцией которого является (u (t) , i (t) {\displaystyle u(t)~,\quad i(t)}).{2}(t)dt}}}
Среднеквадратичные значения являются самыми распространёнными, так как они наиболее удобны для практических расчётов, поскольку в линейных цепях с чисто активной нагрузкой переменный ток с действующими значениями I {\displaystyle I} и U {\displaystyle U} совершает ту же работу, что и постоянный ток с теми же значениями тока и напряжения. Например, лампа накаливания или кипятильник, включённые в сеть с переменным напряжением с действующим значением 220 В, работают (светят, греют) точно так же, как и будучи подключенными к источнику постоянного напряжения с тем же значением напряжения.
Когда не оговаривают особо, то обычно имеют ввиду именно среднеквадратичные значения величины напряжения или силы тока.
В среднеквадратичных значениях проградуированы показывающие устройства большинства вольтметров и амперметров переменного тока, за исключением специальных приборов, однако эти обычные приборы дают правильные показания для среднеквадратических значений только при форме сигнала синусоидальной формы. Некритичны к форме сигнала приборы с термопреобразователем, в которых измеряемый ток или напряжение с помощью нагревателя, представляющим собой активное сопротивление, преобразуется в далее измеряемую температуру, которая и характеризует величину электрического сигнала. Также нечувствительны к форме сигнала специальные устройства, возводящие мгновенное значение сигнала в квадрат с последующим усреднением во времени (с квадратичным детектором) или АЦП, возводящие в входной сигнал в квадрат тоже с усреднением по времени. Квадратный корень из выходного сигнала таких устройств как раз и является среднеквадратическим значением.
Квадрат среднеквадратичного значения напряжения, выраженного в вольтах, численно равен средней рассеиваемой мощности в ваттах на резисторе с сопротивлением 1 Ом.
Среднее значение
Среднее значение (смещение) — постоянная составляющая напряжения или силы тока
U = 1 T ∫ 0 T u (t) d t , I = 1 T ∫ 0 T i (t) d t {\displaystyle U={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u(t)dt~,\qquad I={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}i(t)dt}
В электротехнике используется редко, но сравнительно часто используется в радиотехнике (ток смещения и напряжение смещения).{T}\mid i(t)\mid dt}
На практике используется редко, однако большинство измерительных приборов переменного тока — магнитоэлектрической системы (т. е., в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала проградуирована по среднеквадратичным значениям для синусоидальной формы сигнала. Если сигнал заметно отличается от синусоидального, показания приборов магнитоэлектрической системы имеют систематическую ошибку. В отличие от приборов магнитоэлектрической системы, приборы электромагнитной, электродинамической и тепловой систем измерения всегда реагируют на действующее значение, независимо от формы электрического тока.
Геометрически это сумма площадей, ограниченная кривой над и под осью времени за время измерения. При однополярном измеряемом напряжении среднее и средневыпрямленное значения равны между собой.
Коэффициенты пересчёта значений
- Коэффициент формы кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению действующего значения периодического напряжения (тока) к его средневыпрямленному значению. Для синусоидального напряжения (тока) равен π / 2 2 ≈ 1.11 {\displaystyle {\frac {{\pi }/2}{\sqrt {2}}}\approx 1.11} .
- Коэффициент амплитуды кривой переменного напряжения (тока) — величина, равная отношению максимального по модулю за период значения напряжения (тока) к действующему значению периодического напряжения (тока). Для синусоидального напряжения (тока) равен 2 {\displaystyle {\sqrt {2}}} .
Параметры постоянного тока
- Размах пульсации напряжения (тока) — величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями пульсирующего напряжения (тока) за определенный интервал времени
- Коэффициент пульсации напряжения (тока) — величина, равная отношению наибольшего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей.
- Коэффициент пульсации напряжения (тока) по действующему значению — величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей
- Коэффициент пульсации напряжения (тока) пo среднему значению — величина, равная отношению среднего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения (тока) к его постоянной составляющей
Параметры пульсации определяются по осциллографу, либо с помощью двух вольтметров или амперметров (постоянного и переменного тока)
Литература и документация
Литература
- Справочник по радиоэлектронным устройствам : В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
- Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. М.:Энергоатомиздат, 1989
Нормативно-техническая документация
- ГОСТ 16465-70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения
- ГОСТ 23875-88 Качество электрической энергии. Термины и определения
- ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
Ссылки
- Электрические цепи постоянного тока
- Переменный ток. Изображение синусоидальных переменных
- Амплитудное, среднее, эффективное
- Периодические несинусоидальные ЭДС, токи и напряжения в электрических цепях
- Системы тока и номинальные напряжения электроустановок
- Электричество
- Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания
Какой физический смысл имеет действующее значение напряжения и тока
Александр титов
Действующее значение силы ПЕРЕМЕННОГО тока — это такое значение величины ПОСТОЯННОГО тока, действие которого произведёт ту же самую работу (или тепловой эффект) , что и действие переменного тока за время одного периода его действия.2 = Im/2, откуда I = Im / корень из 2. Это и есть действующее значение тока.
То же самое с действующим значением напряжения и ЭДС.
Vitas latish
можно грубо сказать
— напряжение — потенциальная энергия…. расческа- волосы…. напряжение = свечение, искорки, подъем волос… .
— ток это работа, действие, сила.. . тепло, горение, движение выплеск кенетической энергии
Амперметры электронные — Справочник химика 21
Ионная и электронная электропроводность. Проводники первого и второго рода. Прохождение тока сквозь раствор электролита механизм прохождения тока. Сопротивление проводника. Закон Ома. Единицы измерения (электрические). Основные приборы вольтметр, амперметр, гальванометр, кулонометр и т. д. Удельное сопротивление, удельная электропроводность. Мостик Уитстона. Принцип измерения сопротивления. Особенности измерения сопротивления раствора электролита (телефон, катушка Румкорфа). Влияние температуры и разведения нз удельную электропроводность. Молекулярная и эквивалентная электропроводность. Зависимость от температуры и разведения. Электропроводность при бесконечном разведении. Закон независимого перемещения ионов. Вычисление Хоо из подвижностей ионов. Вычисление степени и константы диссоциации для слабых электролитов. Сильные электролиты. Коэфициент электропроводности. Причины изменения с концентрацией в случае сильных электролитов. Скорости и подвижности ионов. Роль среды и природы иона. Электропроводность чистой воды. Введение поправки на эту величину. Определение константы прибора. Калибровка линейки. Переход от электропроводности, измеренной в данном сосуде, к удельной электропроводности. Кондуктометрическое титрование. [c.93]Фотоэмиссионные детекторы основаны на фотоэлектрическом эффекте, который представляет собой испускание электронов щелочными металлами (цезий, натрий и калий), на которые попадает световая энергия. Такой фотоэлектрический детектор называется фотоэлементом (рис. 10.29. Катод покрывается одним из указанных выше щелочных металлов. Фотон с энергией Е = h ударяет катод и вызывает испускание электрона. Если электростатический потенциал между катодом и анодом положителен, то электроны направляются к аноду и ток регистрируется, амперметром. [c.175]
Тепловой режим установки контролируют с помощью термопар, установленных в баке, на выходе из трубчатого подогревателя и в камере контрольного фильтра. В блок электроуправления вмонтирован самопищущий электронный потенциометр для записи измеряемых температур, панель регуляторов напряжения, обеспечивающая регулировку работы электронагревателей, амперметры и пульт управления. [c.136]
Называемый электрическим током поток электронов формально аналогичен потоку воды, как это видно из рис. V-30. Подобно насосу, генератор перекачивает электроны из одной части системы в другую. Напряжение тока (аналогичное давлению воды) измеряется вольтметром, количество протекшего электричества (аналогичное количеству протекшей воды) — амперметром, роль крана водной системы играет рубильник (выключатель). [c.202]
При неизменном токе печи доля электронов, проходящих через дуговой промежуток и боковой зазор, может изменяться, а по показаниям амперметра этого установить нельзя. Поэтому необходимо создать условия, при которых ток проходил бы через ванну, а утечка электронов на стенки кристаллизатора была бы минимальной. Такие условия, очевидно, наступают, если зазор К больше длины дуги /д, т. е. в ВДП следует работать с короткими дугами. [c.190]
Хотя магнитоэлектрические амперметры имеют наибольшую точность и чувствительность из всех приборов непосредственной оценки силы тока, в большинстве современных приборов для измерения силы малых токов применяют электронные амперметры, которые фактически являются электронными вольтметрами, регистрирующими падение напряжения на стандартном сопротивлении. 64 [c.64]
В качестве показывающего прибора в электронных амперметрах служит цифровой дисплей. Различие между электронными и электромеханическими амперметрами состоит в том, что у электронных амперметров показания прибора обеспечиваются за счет преобразования измеряемого тока в напряжение, а у электромеханических — за счет мощности, отбираемой от измеряемой цепи. Следовательно, нагрузка на измеряемую цепь, оказываемая электронными амперметрами, много меньше, чем у электромеханических. [c.65]
Червячные прессы могут быть оснащены системой автоматического регулирования, измерения и регистрации температурного режима работы. Температура головки в пределах 30—134 °С автоматически регулируется клапанами типа ПКР-2-6-В0 и ПК.Р-2-6-ВЗ, работающими во взаимодействии с автоматическим электронным мостом ЭМИ-120 и термометром сопротивления ТСП-753. При отклонении температуры головки от заданной через указанные приборы клапаны открывают подачу пара для подогрева или воды для охлаждения. Приборы мост электронный ЭМИ-120 самопишущий с регулирующим устройством, термометр ТСП-753, лагометр показывающий ЛПР-53 для измерения температуры в первой зоне цилиндра, амперметр М-362, указатель скорости и ее регулятор — собраны в шкафу управления машины. Раздельное терморегулирование головки и зон рабочего цилиндра осуществляется термопарами, встроенными в соответствующую зону, и терморегулирующими приборами. Кнопка управления находится на станине пресса. [c.40]
Преимущества горячего катода заключаются в следующе.м легкость получения стабильного электронного пучка, одинаковость вакуума в разрядной и дифракционной частях электронографа н устойчивый режим работы прибора во время установки образца и фотопластинки. Но можно отметить и недостатки, а именно необходимость иметь трансформатор накала и амперметр для измерения тока накала нити на высоковольтной стороне установки, сравнительная недолговечность вольфрамовых катодов, необходимость частой их [c.104]
Холодный катод из алюминия, магния, их сплава или из бериллия имеет следующие преимущества трансформатор накала и амперметр не нужны, тем самым высоковольтная установка и приготовление и смена катода значительно упрощаются. Кроме того, благодаря фокусирующему действию стенок цилиндрической разрядной трубки, электронный луч, распространяющийся вдоль ее оси, получается особенно интенсивным и имеет настолько малую расходимость, что при небольшом расстоянии объект — фотопластинка 25—30 см) фокусирующей катушкой можно не пользоваться. Тонкий луч особенно пригоден для исследования отдельных точек объекта. [c.105]
Электронный блок состоит из автотрансформатора, управляемого реверсивным двигателем с электронным усилителем, стабилизированного выпрямителя питания термохимических датчиков, регулятора этого питания, регулятора балансировки измерительной мостовой схемы и соответствующих переключателей, предохранителей и амперметра, контролирующих ток датчиков. [c.129]
На передней (лицевой) стороне панели размещены следующие приборы и оборудование электронный детонометр ДП-60, указатель детонации, счетчик моточасов, вольтметр, амперметр, дистанционный термометр, манометр давления масла, а также различные выключатели, штепсельные разъемы и сигнальные лампочки. На задней стороне пульта управления смонтированы магнитный пускатель, сигнальный генератор, блоки авторегуляторов температуры всасываемого воздуха и рабочей смеси, нагрузочные рези сторы подогревателей и предохранители. Кроме того, на задней стороне панели размещены вся электропроводка и каркасы крепления приборов. В нижней части пульта установлены блокировочный автомат и штепсельные разъемы питания электроэнергией напряжением 220 и 380 В. [c.42]
I — источник тока 2 — катод 3 — анод 4 — электролит 5 — соединительный проводник 6 — переменное сопротивление 7 — амперметр 8 — рубильник 9 — сосуд 10 — направление движения аниона и — направление движения катиона 12 — направление движения электронов [c.17]
Аппаратура для измерения свойств растворов при высоких частотах конструируется на основе электронных схем она совсем не похожа на простой мостик, служащий для низких частот. Описано несколько различных типов аппаратуры для высокочастотного титрования — . Обычно образец включается в цепь или внутри катушки самоиндукции, или между обкладками конденсатора таким образом, что резонансная частота лампового генератора изменяется вследствие поглощения энергии образцом. Измерение проводят или сравнением со стандартным переменным конденсатором или посредством амперметра, включенного в анодную цепь лампового генератора. [c.29]
Полупроводниковые фотоэлементы также имеют запорный слой, однако для работы они не требуют внешнего источника тока. Образующиеся в запорном слое при освещении электроны и дырки перемещаются в /г-проводник и /7-проводник соответственно таким образом, возникает фототок, который можно измерить амперметром. Схема селенового фотоэлемента показана на рис. 6.7. [c.142]
Напряжение с аккумуляторной батареи 1 через делитель напряжения 2 подается на рабочий электрод 4 кулонометрической ячейки 5. Потенциал электрода определяется милливольтметром или потенциометром, сила тока — амперметром. Количество израсходованного электричества измеряется кулонометром 6. В современных установках в качестве источника стабилизированного напряжения обычно используют специальные электронные приборы — потенциостаты, поддерживающие заданный потенциал с точностью примерно 10 мВ в интервале от — 2,5 до 2,5 В. Потенциал рабочего электрода устанавливают с помощью поляризационной кривой (/ — К-кривой) в области, где достигается предельный ток. [c.251]
Как только цепь замкнута, мы начинаем наблюдать происходящие изменения. Стрелка амперметра отклоняется по цепи проходит электрический ток. Ток идет в направлении движения электронов от медной пластины к серебряному стержню. Сопротивление разогревается при прохождении по нему электрического тока элемент совершает работу, ускоряя движение электронов через сопротивление. Медная пластина в стакане постепенно растворяется, а серебряный стержень увеличивается в размере. С течением времени амперметр показывает все более слабый ток, пока, наконец, он вообще не прекратится. [c.296]
I — потенциометры электронные со шкалой 1100° 2 — термоэлектрический изодром 3 и 4 — контакторы 5 — магнитные пускатели i — термопары для регулирования 7 — исполнительные мех анизмы i — сигнальные лампочки 9 — контрольный потенциометр IQ — контрольные термопары II — потенциометр электронный со шкалой 200° /2 — электронагреватель IS — термопара ХК Ч — исполнительный механизм /5 — счетчик импульсов (мазута) /6 — купроксный выпрямитель /7 — сирена /в — счетчик мазута РВОС-52 19 — днфманометр самопишущий ДКЭ-4 20 — амперметр 21 — вольтметр 22 — трансформатор 220/36в 23 — гибкая термопара 24 — подогреватель мазута 25 — кран, регулирующий подачу пара 26 — фильтр пластинчатый для мазута 27 и 2S — обратный клапан 29 — редуктор РДВ-1 J0 — фильтр для воздуха 31 — краны ручной настройки пйдачи пара, греющего мазутопроводы 32 — воздушная задвижка 33—мазутный запорный кран 34 — отстойник J5 — фильтр сетчатый для мазута Si — разделительный сосуд J7 —манометр 3 — сигнализатор падения давления воздуха 39 — форсунка ФК-52 V-образный манометр 41 — электромагнит 42 — быстродействующий кран 1 /(» — трехходовой кран 44 — отстойник для сжатого воздуха. [c.200]
Кондуктометрические измерения можно проводить при постоянном или переменном токе с использованием мостовых или компенсационных измерительных схем. Измерения при постоянном токе на практике проводят редко, поскольку точрю зафиксировать электропроводность r этих условиях нельзя из-за поляризации электродов. Чаще измеряют электропроводность (сопротивление) растворов с помощью установок и приборов, принципиальная схема которых включает мост Уитстона (рис. 2.4) с источником переменного тока частотой 500— 5000 Гц. Детектором тока (нуль-индикатором) служит микро-амперметр с выпрямителем или электронно-лучевой осциллограф. В плечи моста вмонтированы следующие сопротивления / я—сопротивление ячейки, R — магазин сопротивлений, R и / 2 — переменные сопротивления — плечи проволочного реохорда. Сопротивление R2 должно быть близким к сопротивлению раствора. С помощью скользящего контакта G подбирают такое соотношение Ri и R2, чтобы в диагонали моста ток отсутствовал. Тогда сопротивление ячейки легко рассчитать [c.106]
Методика определения. В стакан емкостью 100 мл наливают около 45 мл раствора фона (0,1 М раствор относительно K2SO4 и h3SO4) и 5 мл испытуемого раствора сульфата меди туда же опускают проволочные Pt-электроды I 3 см и d = мм) и магнитную мешалку. Один из электродов присоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника тока, а второй — последовательно через переменные сопротивления, переключатель тока и амперметр — к положительному полюсу. Параллельно к электродам подключают вольтметр (соблюдать полярность ) и так подбирают сопротивления, чтобы при замыкании цепи напряжение на электродах было около 2 в. Проводят электролиз при перемешивании раствора до тех пор, пока вся медь не выделится на катоде. Выключают ток и прекращают перемешивание раствора. Реверсируют ток, удаляют вольтметр, заменяют амперметр миллиамперметром и, подбирая сопротивления, добиваются, чтобы в цепи протекал ток около 1 ма, строго постоянный одновременно с помощью переключателя включают ток и запускают секундомер. Прй анодном процессе растворения меди электрод должен быть подключен к клемме электронного вольтметра, к другой клемме которого подключен Нас. КЭ, находящийся в стакане емкостью 50 мл с насыщенным раствором КС1. Этот стакан с электролитом соединяют U-образной стеклянной трубкой, также наполненной насыщенным раствором КС1, с электролизером. [c.218]
Процессы окнсления и восстановления можно физически отделить друг от друга и осуществить перенос электронов по внешней электрической цепи. Пусть в стакан 2 налит раствор иодида калия KI (рис. 7.1), а в стакан 4—раствор хлорида железа (1П)РеС1з. Растворы соединены между собой так называемым электролитическим ключом 3 — U-образной трубкой, заполненной раствором хлорида калия КС1, обеспечивающим ионпую проводимость. В растворы опущены платиновые электроды 1 и 5. Если замкнуть цепь, включив в нее чувствительный амперметр, то по отклонению стрелки можно будет наблюдать прохождение электрического тока и его направление. Электроны перемещаются от электрода с раствором иодида калия к электроду с раствором хлорида железа (1И), т. е. от восстановителя — ионов 1 —к окислителю — ионам Fe +-. При этом ионы I окисляются до молекул иода 1г, а ионы Fe + восстанавливаются до ионов железа (II) j. g2+ Через некоторое время продукты реакций можно обнаружить характерными реакциями иод — раствором крахмала, а ионы Fe + — раствором гексациано-(П)феррата калия (красной кровяной соли) Кз[Ре ( N)J. [c.142]
В элементе Даниеля металл (2п) окисляется на аноде до ионов металла, в то время как ионы Си н о). находящиеся в растворе, восстанавливаются на катоде до металла. Из этого ясно, что скорость и порядок анодной и катодной реакций должны быть эквивалентны, так как они зависят от скорости передачи заряда (электронов) через металлическую часть цепи. В этвм элементе два электрода физически разделены, и скорость передачи заряда можно легко определить с помощью амперметра в цепи. [c.27]
I — потенциометры электронные со шкалой 1100° С 2 — термоэлектрический изодромный элемент 3, 4 — контакторы 5 — магнитные пускатели 6 — термопары для регулирования 7 — исполнительные механизмы 8 — сигнальные лампочки S — контрольный потенциометр I0 — контрольные термопары И — потенциометр электронный со шкалой 200° С 2 — электронагреватель 13 термопара ХК 4 — исполнительный механизм 15 — счетчик импульсов (мазута) 16 — купроксный выпрямитель 17 — сирена 18 — счетчик мазута РВОС-52 9 — дифманометр самопишущий ДКЭ-4 20 — амперметр 21 — вольтметр 22 — трансформатор 220/36 а 23 — гибкая термопара 24 — подогреватель мазута 25 — кран, регулирующий подачу пара 26 — фильтр пластинчатый для мазута 27, 28 — клапаны 29 — редуктор РДВ-1 30 — фильтр для воздуха 31 — краны ручной настройки подачи пара, греющего Мазутопроводы 32 — воздуш ная задвижка 33 — мазутный запорный кран 34 — отстойник 35 — фильтр сетчатый для мазута 36 — разделительный сосуд 37 — манометр 38 — сигнализатор падения давления воздуха 39 — форсунка ФК-52 40 — U-образный манометр 41 — электромагнит 42 — быстродействующий кран 1>/, 43 — трехходовой кран 44 — отстойник для сжатого воздуха (цифры в кружках означают контакты подключения) [c.316]
Последнее выражение подтверждает возможность фадуировки шкалы вольтметра в единицах Q при фиксированном напряжении Uo. Это напряжение можно изменить в некоторых пределах регулированием в самом ГВЧ, а его величину контролируют с помощью чувствительного электронного вольтметра либо, как показано на рис. 3.45, косвенно — при помощи термоэлектрического амперметра РА, измеряющего ток /о через сопротивление Ro (при условии Ro Rx). [c.464]
Э. в проводниках, полупроводниках и диэлектриках заключается в ши-рипе запрещенной зоны. В проводниках этой зоны нет, валентная зона перекрывается 30Н011 проводимости, концентрация носителей тока при этом практически постоянна и изменения Э. определяются изменениями подвижности носителей заряда. С повышением т-ры подвижность электронов в проводниках, а следовательно, и Э. убывают. В полупроводниках ширина запрещенной зоны, разделяющей зону Э. и валентную зону, иногда достигает 3 эв, а в диэлектрп-ках она еще больше. Концентрация носителей тока в полупроводниках и диэлектриках, как нравило, растет с повышением т-ры, вследствие чего и повышается электропроводность. Измеряют Э. теми же методами (напр., вольтметра—амперметра), ято и алектрическое сопротивление. [c.781]
В качестве прибора для определения удельного сопротивления почвы по четырехэлектродному методу могут быть использованы геофизический потенциометр ЭП-1м, электронный стрелоч 1ЫЙ кo raeн aтop ЭСК-1, вы oкoo п ый милливольтметр в комбинации с амперметром или прибор МС-07 (МС-08). Последние широко применяются на практике. [c.54]
Включают прибор в сеть. Стеклянный кран 6 поворачивают в положение насос и включают вакуумный насос. С помощью входного регулирующего клапана 13 устанавливают по реометру 14 необходимую скорость потока газа-носителя. С помощью выходного регулирующего клапана 5 устанавливают по выходному манометру 12 нужное давление. Включают термостат 2 и после достижения необходимой температуры вклю.чают самопишущий прибор 8. Через 10—15 мин (время прогрева электронного потенциометра) регулятором тока устанавливают стрелку .шлли-амперметра на нужное деление. Регулятором на мостовой схеме устанавливают стрелку самопишущего прибора на нуль. При наличии в сравнительной и измерительной камерах детектора газа однородного состава стрелка самопишущего прибора должна стоять на нуле. [c.61]
Автоматический, усиленный дренаж типа ДУТ-АКХ монтируют в таком же стальном корпусе (рис. 4), как и дренаж типа УД-АКХ. Исключение магнитного усилителя из схемы устройства позволило предусмотреть внутри корпуса специальный отсек для размещения контрольной аппаратуры (например, самопишущий милливольтмикро-амперметр типа Н-373 или Н-39). В верхней части каркаса установлен съемный электронный блок 1, снабженный штепсельным разъемом. Над блоком закреплена осветительная лампа 2. Иод электронным блоком находятся контрольно-измерительные приборы установки амперметр постоянного тока 4, счетчик электроэнергии 3 и вольтметр постоянного тока 5. Силовой трансформатор [c.14]
Установка ИКС-АКХ смонтирова-на в унифицированном стальном шкафу. В верхней части каркаса закреплена осветительная лампа 1 (рис. 8). Под ней расположена ниша, в которой смонтирован электронный блок (транзисторное реле времени и спусковая схема с источником питания). Ниша имеет дверцу 2 на шарнирах. Справа от ниши установлены контрольные приборы — амперметр 3 и вольтметр 5 постоянного тока. За лицевой панелью смонтированы тиристоры ВКДУ-150 4, охладители которых находятся в вентиляционном канале. Силовой трансформатор ТР 7 установлен в нижней части каркаса. Справа от трансформатора смонтирован щиток с плавкими предохранителями ПР и ПР 6, пакетным выключателем 8, штепсельной розеткой 10 и плавким предохранителем ПР 9. [c.22]
Станция ИКС-АКХ также имеет блочную конструкцию. Силовой трансформатор ТРу установлен на швеллерах в правом нижнем углу каркаса, слева от трансформатора смонтирован щиток переменного тока с предохранителями ПР, ПР , ПРс,, штепсельной розеткой ШР и пакетным вЫ Ключателем ПВ. Электронный блок управления смонтирован в специальном отсеке, снабженном дверцей, укрепленной на шарнирах. Блок расположен в левой стороне примерно в центре каркаса. Справа на том же уровне установлены тиристоры ДУ и ДУг, ребристые охладители которых помещены в прямоугольный вентиляционный канал. В правой части ш кафа для него выделена специальная полость — вентиляционная труба, в которой за счет конвекции возникает поток воздуха (канал открыт сверху и снизу), обтекающий радиаторы тиристоров. В нижней части шкафа расположены контрольные прйборы цепи защиты (вольтметр и амперметр постоянного тока) и осветительная лампочка. Принципиальная электрическая схема установки ИКС-А КХ приведена на рис. 41. [c.111]
Мы видим, что между весом растворившейся меди и весом выделившегося серебра существует простая зависимость. На каждый моль меди, перешедшей в раствор из медной пластины в правом стакане, на серебряном стержне выделяются 2 моля серебра в левом стакане. В правом стакане с раствором USO4 образуются ионы меди Си » из нейтральных атомов металлической меди. Это значит, что атомы меди отдают электроны медной пластине. Эти электроны двигаются через соединительные провода, сопротивление и амперметр. Затем они проходят к серебряному электроду, погруженному в стакан с раствором AgNOg, где из ионов серебра Ag образуется металли- [c.296]
Электрический вольтметр и амперметр
— Производитель трехфазного вольтметра из Нойды
Использование / применение | Лаборатория | ||
Размер | Индивидуальный | ||
Фаза | Индивидуальный | 000 | Индивидуальный |
Материал | Индивидуальный | ||
Цвет | Индивидуальный | ||
Диапазон измерения | Индивидуальный заказ |
Чтобы удовлетворить самые разнообразные требования наших уважаемых клиентов в области качества, наша фирма Analog предлагает . Амперметры .Предлагаемый нами продукт точно изготовлен на нашем хорошо оборудованном производственном предприятии с использованием компонентов высшего качества и передовых технологий. Кроме того, наши специалисты по качеству строго проверяют этот продукт по нескольким параметрам, чтобы убедиться в его совершенстве. Этот продукт доступен в различных технических характеристиках по нормальной цене.
Характеристики:
- Точная конструкция
- Гладкая поверхность
- Точность
Описание продукта:
Вольтметры и амперметры «Indotech»:
Общие: «Indotech» Вольтметры и амперметры найдены незаменим для лабораторий и промышленных домов.Все компоненты, используемые при производстве инструментов, являются отборными и рассчитаны на долгосрочную точность и обслуживание. Все детали / узлы тщательно проверяются и проверяются экспертами на всех этапах с особой тщательностью.
Конструкция: Механизмы имеют прочную конструкцию, включающую подшипники из синтетического сапфира, твердо хромированные и полированные стержни и пружины из фосфорно-бронзовой и кадмиево-медной проволоки. Измерители с подвижной катушкой оснащены магнитами с высокой плотностью потока, что обеспечивает линейную шкалу.Все эти счетчики имеют доступ к регулятору нуля спереди.
Тип счетчиков:
Тип счетчиков подвижного железа: Они предназначены для измерения величин переменного тока. Однако величины постоянного тока также можно было измерить, но с немного низкой точностью. Они доступны в движении 90 °.
Измерители с подвижной катушкой: Приборы с подвижной катушкой предназначены для измерения постоянного напряжения и тока. Все измерители оснащены магнитами с высокой плотностью потока, что обеспечивает линейную шкалу.Они доступны в механизмах 900 и 2400.
Измерители выпрямительного типа с подвижной катушкой: Приборы выпрямительного типа предназначены для измерения переменного напряжения и токов. Это приборы с подвижной катушкой, оснащенные двухполупериодными выпрямителями для измерения величин переменного тока. Они доступны в механизмах 900 и 2400.
Испытания: Следующие испытания проводятся согласно BIS 1248-03
1. Испытание на вибрацию: Счетчики подвергаются вибрации.Этот тест гарантирует, что если есть какой-либо незакрепленный компонент, он будет обнаружен до того, как измеритель будет пройден.
2. Испытание на срок службы: Счетчик подвергается от нуля до полной шкалы, и счетчик регистрирует количество операций.
3. Испытание на перегрузку: Счетчик перегружен на 120% от номинальной в течение 2 часов.
4. Испытание на пробой под высоким напряжением: Счетчик должен выдерживать 2 кВ переменного тока при подключении между электрической цепью и любой металлической точкой счетчика в течение 1 минуты.
5. Испытание сопротивления изоляции: BIS1248-03 указывает, что сопротивление изоляции должно быть выше 5 МОм. Тест проводится соответственно.
6. Проверка точности: Проверка точности выполняется согласно BIS 1248-03. Погрешность рассчитывается на основе отклонения полной шкалы счетчика.
Доступные параметры: Измерители доступны для измерения мВ, В, мА и А, измерители КВ откалиброваны с точки зрения коэффициента PT, а амперметры с большим диапазоном — с точки зрения коэффициента трансформатора тока.
Примечание:
- Режимы SR72 / MR72, SR96 / MR96 и SR144 / MR144 имеют изменяемый циферблат для различных коэффициентов трансформатора тока в случае счетчиков с подвижным железом
- и различные FSD для счетчиков с независимым управлением в случае счетчиков с подвижной катушкой механизмами 90 ‘
- Циферблаты для измерителей движения 240 ° не подлежат замене
Дополнительная информация:
Цифровые панельные измерители | DATEL: Компоненты сбора данных
DATEL имеет долгую историю предложения самых универсальных, недорогих и профессионально разработанных жидкокристаллических и светодиодных цифровых панельных измерителей для широкого спектра применений.Если стандартный счетчик не соответствует вашим требованиям, наша опытная команда дизайнеров разработает индивидуальное решение. Дисплеи с высоким разрешением 3½ и 4½ легко читаются для улучшения видимости
Если наше стандартное предложение продуктов не подходит, наша команда разработчиков может изменить существующий продукт или предоставить полный индивидуальный дизайн в соответствии с требованиями вашего приложения. Наши широкие возможности обработки, технические знания и опыт проектирования сделали DATEL лидером на рынке цифровых панельных счетчиков на протяжении более 45 лет.Помимо продуктов, представленных здесь, мы предлагаем другие преобразователи в оптимизированных по стоимости версиях с более низким энергопотреблением и изоляцией, стандартными диапазонами входного напряжения, дополнительной изоляцией и т. Д.
Линия продуктов цифровых панельных измерителей
Товар | Описание | Информация о продукте | |
PM-35LC-ADV | Посмотреть продукт |
Щелкнув по ссылкам ниже, вы перейдете на сайт DatelMeters.com , авторизованного дистрибьютора цифровых панельных счетчиков DATEL.
Товар | Описание | Информация о продукте Заказать онлайн * | |
Вольтметры переменного тока | Посмотреть продукт |
Измерители частоты переменного тока | Посмотреть продукт |
Амперметры переменного тока со средним показанием | Посмотреть продукт |
Амперметры переменного тока с истинным среднеквадратичным значением | Посмотреть продукт |
Трехфазный амперметр переменного тока | Посмотреть продукт |
Многофункциональные измерители мощности переменного тока | Посмотреть продукт |
Вольтметры постоянного тока | Посмотреть продукт |
Амперметры постоянного тока | Посмотреть продукт |
Мониторы контура 4/20 мА | Посмотреть продукт |
, 4-20 мА, мониторы процессов с питанием от постоянного тока | Посмотреть продукт |
Мониторы процессов 0-5 и 0-10 В постоянного тока | Посмотреть продукт |
Принадлежности | Посмотреть продукт |
21.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics: OpenStax
Резюме
- Объясните, почему вольтметр нужно подключать параллельно цепи.
- Нарисуйте схему, показывающую правильно подключенный амперметр в цепь.
- Опишите, как гальванометр можно использовать как вольтметр или амперметр.
- Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с гальванометром, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с заданными показаниями.
- Объясните, почему измерение напряжения или тока в цепи никогда не может быть точным.
Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 1.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.
Рисунок 1. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температура двигателя. (Фото: Christian Giersing) Вольтметрыподключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.(См. Рисунок 2, где вольтметр обозначен символом V.)
Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому устройству. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 3, где амперметр обозначен символом A.)
Рисунок 2. (a) Чтобы измерить разность потенциалов в этой последовательной цепи, вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления, r . (b) Используемый цифровой вольтметр. (предоставлено Messtechniker, Wikimedia Commons) Рис. 3. Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)Аналоговые счетчики имеют стрелку, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков , которые имеют числовые показания, подобные портативному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром , обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр, [латекс] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {G}}} [/ latex], производит пропорциональное отклонение стрелки. .(Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)
Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра на , максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с текущей чувствительностью [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] имеет максимальное отклонение стрелки, когда [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него, считывает половину шкалы, когда [latex] \ boldsymbol {25 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него, и так далее.
Если такой гальванометр имеет сопротивление [латекс] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex], то напряжение только [латекс] \ boldsymbol {V = IR = (50 \; \ mu \ textbf { A}) (25 \; \ Omega) = 1,25 \; \ textbf {mV}} [/ latex] производит показание полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.
Гальванометр как вольтметр
На рисунке 4 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением, [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс].Значение сопротивления [латекс] \ boldsymbol {R} [/ латекс] определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего [латексный] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с [латексным] \ boldsymbol {50 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность. Затем 10 В, приложенное к измерителю, должно производить ток [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]. Общее сопротивление должно быть
[латекс] \ boldsymbol {R _ {\ textbf {tot}} = R + r =} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ frac {V} {I}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol { =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {10 \; \ textbf {V}} {50 \; \ mu \ textbf {A}}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {= 200 \ ; \ textbf {k} \ Omega \; \ textbf {или}} [/ latex]
[латекс] \ boldsymbol {R = R _ {\ textbf {tot}} — r = 200 \; \ textbf {k} \ Omega — 25 \; \ Omega \ приблизительно 200 \; \ textbf {k} \ Omega} [ / латекс]
([латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] настолько велик, что сопротивление гальванометра, [латекс] \ boldsymbol {r} [/ latex], почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение в половину шкалы, создавая ток [латекс] \ boldsymbol {25 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] через измеритель, и поэтому показания вольтметра пропорционально напряжению по желанию.
Этот вольтметр не годится для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы.Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.
Рисунок 4. Большое сопротивление R , включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, отклонение которого на всю шкалу зависит от выбора R . Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должно быть R . (Обратите внимание, что r представляет внутреннее сопротивление гальванометра.)Гальванометр как амперметр
Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex], часто называемому шунтирующим сопротивлением , как показано на рисунке 5. Поскольку шунт сопротивление невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.
Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1.0 A, и содержит такой же гальванометр [latex] \ boldsymbol {25 — \; \ Omega} [/ latex] с его чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] . Поскольку [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {r} [/ latex] параллельны, напряжение на них одинаковое.
Эти [латекс] \ boldsymbol {IR} [/ latex] капли — это [latex] \ boldsymbol {IR = I_Gr} [/ latex], так что [latex] \ boldsymbol {IR = \ frac {I_G} {I} = \ frac {R} {r}} [/ latex]. Решая для [latex] \ boldsymbol {R} [/ latex] и отмечая, что [latex] \ boldsymbol {I_G} [/ latex] — это [latex] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {I} [/ latex] равно 0.{-3} \; \ Omega}. [/ Латекс]
Рисунок 5. Небольшое шунтирующее сопротивление R , размещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора R . Чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R . Большая часть тока ( I ), протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра.(Обратите внимание, что r представляет внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему.В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.
Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 6 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому, имеет суммарное сопротивление, по существу равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно подключенных устройства имеют меньшее сопротивление, что существенно влияет на цепь. (См. Рисунок 6 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.
Рис. 6. (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство ( R Voltmeter >> R ), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как у устройства, и не оказывает заметного влияния измеряемая цепь.(b) Здесь вольтметр имеет такое же сопротивление, как и устройство ( R, Voltmeter, ≅ R ), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.(См. Рисунок 7 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается. (См. Рисунок 7 (b).)
Практическая проблема может возникнуть, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.
Рис. 7. (a) Амперметр обычно имеет настолько малое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью.Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.
Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.
Связи: границы знаний
Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения.Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.6} [/ латекс].
Проверьте свое понимание
1: Цифровые измерители способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые измерители, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?
Исследования PhET: комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория
Стимулируйте нейрон и наблюдайте за происходящим. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.
Рис. 8. Комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория- Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.
- Вольтметр помещается параллельно источнику напряжения для получения полного напряжения и должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
- Амперметр подключается последовательно, чтобы получить полный ток, протекающий через ответвление, и должен иметь небольшое сопротивление, чтобы ограничить его влияние на цепь.
- Оба могут быть основаны на комбинации резистора и гальванометра, устройства, которое дает аналоговые показания тока.
- Стандартные вольтметры и амперметры изменяют измеряемую цепь и, таким образом, имеют ограниченную точность.
Концептуальные вопросы
1: Почему не следует подключать амперметр непосредственно к источнику напряжения, как показано на рисунке 9? (Обратите внимание, что скрипт E на рисунке означает ЭДС.)
Рис. 9.2: Предположим, вы используете мультиметр (предназначенный для измерения диапазона напряжений, токов и сопротивлений) для измерения тока в цепи и случайно оставляете его в режиме вольтметра.Как измеритель повлияет на схему? Что бы произошло, если бы вы измеряли напряжение, но случайно перевели измеритель в режим амперметра?
3: Укажите точки, к которым можно подключить вольтметр для измерения следующих разностей потенциалов на Рисунке 10: (a) разность потенциалов источника напряжения; (b) разность потенциалов на [латексе] \ boldsymbol {R_1} [/ latex]; (c) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ latex]; (г) поперек [латекса] \ boldsymbol {R_3} [/ latex]; (e) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {R_3} [/ latex].Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.
Рис. 10.4: Чтобы измерить токи на Рис. 10, вы замените провод между двумя точками на амперметр. Укажите точки, между которыми вы разместите амперметр, чтобы измерить следующее: (a) общий ток; (б) ток, протекающий через [латекс] \ boldsymbol {R_1} [/ latex]; (c) через [латекс] \ boldsymbol {R_2} [/ латекс]; (г) через [латекс] \ boldsymbol {R_3} [/ латекс]. Обратите внимание, что на каждую часть может быть несколько ответов.
Проблемные упражнения
1: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего [латексный] \ boldsymbol {1,00 — \; \ textbf {M} \ Omega} [ / латекс] по шкале 30,0 В?
2: Какова чувствительность гальванометра (то есть, какой ток дает полное отклонение) внутри вольтметра, имеющего [латексный] \ boldsymbol {25.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [ / латекс] по шкале 100 В?
3: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с символом [латекс] \ bold {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы позволить его следует использовать как вольтметр с показаниями полной шкалы 0,100 В.
4: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с [латексным] \ boldsymbol {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометром с [латексным] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность (такая же, как та, что обсуждается в тексте), позволяющая использовать его в качестве вольтметра с показаниями полной шкалы 3000 В.Включите принципиальную схему в свое решение.
5: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно [латексному] \ boldsymbol {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометру с [латексным] \ boldsymbol {50.0 — \; \ textbf {A }} [/ latex] чувствительность (такая же, как та, что обсуждается в тексте), позволяющая использовать его в качестве амперметра с показаниями полной шкалы 10,0 A. Включите принципиальную схему в свое решение.
6: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно символу [латекса] \ bold {25.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {50.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] (такой же, как тот, который обсуждается в тексте), чтобы позволить его следует использовать как амперметр с показаниями полной шкалы 300 мА.
7: Найдите сопротивление, которое необходимо подключить последовательно с [латексным] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометром, имеющим [латексный] \ boldsymbol {100 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность, позволяющая использовать его в качестве вольтметра при: (а) полномасштабном показании 300 В и (б) 0.Полномасштабное показание 300 В.
8: Найдите сопротивление, которое необходимо разместить параллельно [латексному] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометру с [латексным] \ boldsymbol {100 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] чувствительность, позволяющая использовать его в качестве амперметра с: (a) показанием полной шкалы 20,0 A и b) показанием полной шкалы 100 мА.
9: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах щелочного элемента на 1,585 В, имеющего внутреннее сопротивление [латекс] \ boldsymbol {0.100 \; \ Omega} [/ latex], поместив вольтметр [latex] \ boldsymbol {1.00 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] на его клеммы. (См. Рис. 11.) (а) Какой ток течет? (b) Найдите напряжение на клеммах. (c) Чтобы увидеть, насколько близко измеренное напряжение на клеммах к ЭДС, рассчитайте их отношение.
Рис. 11.10: Предположим, вы измеряете напряжение на клеммах литиевого элемента на 3.200 В, имеющего внутреннее сопротивление [латекс] \ boldsymbol {5.00 \; \ Omega} [/ латекс], помещая [латекс] \ boldsymbol {1.{-5} \; \ Omega} [/ latex] по шкале 3,00 A и содержит гальванометр [латекс] \ boldsymbol {10.0 — \; \ Omega} [/ latex]. Какая чувствительность у гальванометра?
12: Вольтметр [латекс] \ boldsymbol {1.00 — \; \ textbf {M} \ Omega} [/ latex] устанавливается параллельно [латексному] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] резистор в цепи. (а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. б) Каково сопротивление комбинации? (c) Если напряжение на комбинации остается таким же, как на [латексе] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex] только резистор, каков процент увеличения тока? (d) Если ток через комбинацию остается таким же, как через резистор [latex] \ boldsymbol {75.0 — \; \ textbf {k} \ Omega} [/ latex], каково процентное снижение напряжения ? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.
13: Амперметр [latex] \ boldsymbol {0,0200 — \; \ Omega} [/ latex] последовательно с резистором [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex] в цепи схема.(а) Нарисуйте принципиальную схему подключения. (b) Рассчитайте сопротивление комбинации. (c) Если напряжение в комбинации остается таким же, каким оно было через резистор [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex], каков процент уменьшения тока? (d) Если ток остается таким же, как через резистор [latex] \ boldsymbol {10.00 — \; \ Omega} [/ latex], то каков процент увеличения напряжения? (e) Являются ли изменения, обнаруженные в частях (c) и (d), значительными? Обсуждать.
14: необоснованные результаты
Предположим, у вас есть гальванометр [latex] \ boldsymbol {40.0 — \; \ Omega} [/ latex] с чувствительностью [latex] \ boldsymbol {25.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]. (a) Какое сопротивление вы бы включили последовательно, чтобы его можно было использовать в качестве вольтметра с полным отклонением на 0,500 мВ? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?
15: необоснованные результаты
(a) Какое сопротивление вы бы поставили параллельно с символом [латекс] \ bold {40.0 — \; \ Omega} [/ latex] гальванометр с чувствительностью
[латекс] \ boldsymbol {25.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex], позволяющий использовать его в качестве амперметра с полное отклонение для [латекса] \ boldsymbol {10.0 — \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex]? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?
Глоссарий
- вольтметр
- прибор для измерения напряжения
- амперметр
- прибор для измерения силы тока
- аналоговый счетчик
- измерительный прибор, дающий показания в виде движения стрелки над отмеченным датчиком
- цифровой счетчик
- измерительный прибор, дающий показания в цифровом виде
- гальванометр
- аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на токопроводящий провод
- чувствительность по току
- максимальный ток, который может считывать гальванометр
- полное отклонение
- максимальное отклонение стрелки гальванометра, также известное как чувствительность по току; гальванометр с полным отклонением [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] имеет максимальное отклонение стрелки, когда [латекс] \ boldsymbol {50 \; \ mu \ textbf {A}} [/ latex] проходит через него
- шунтирующее сопротивление
- небольшое сопротивление [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex], помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должен быть [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex]; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через [латекс] \ boldsymbol {R} [/ latex] для защиты гальванометра
Решения
Проверьте свое понимание
1: Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.{-4} \; \ Omega} [/ латекс]
7: (a) [латекс] \ boldsymbol {3.00 \; \ textbf {M} \ Omega} [/ latex]
(b) [латекс] \ boldsymbol {2.99 \; \ textbf {k} \ Omega} [/ латекс]
9: (a) 1,58 мА
(b) 1,5848 В (необходимо четыре цифры, чтобы увидеть разницу)
(c) 0,99990 (нужно пять цифр, чтобы увидеть разницу от единицы)
11: [латекс] \ boldsymbol {15.0 \; \ mu \ textbf {A}} [/ латекс]
13: (а)
Рисунок 12.{-1}} [/ latex] процент увеличения(e) Не имеет значения.
15: (a) [латекс] \ boldsymbol {-66.7 \; \ Omega} [/ латекс]
(b) У вас не может быть отрицательного сопротивления.
(c) Неразумно, что [latex] \ boldsymbol {I_G} [/ latex] больше, чем [latex] \ boldsymbol {I _ {\ textbf {tot}}} [/ latex] (см. Рисунок 5). Вы не можете добиться полного отклонения, используя ток, меньший, чем чувствительность гальванометра.
21.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics
Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток.Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 21.26.) Внутренняя конструкция простейшего из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.
Рисунок 21.26. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года представляют собой вольтметры, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температуре двигателя. .(Фото: Christian Giersing)
Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов. (См. Рисунок 21.27, где вольтметр обозначен символом V.)
Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому устройству. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них.(См. Рисунок 21.28, где амперметр обозначен символом A.)
Рисунок 21.27 (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета ее внутреннего сопротивления rr. (b) Используемый цифровой вольтметр. (Источник: Messtechniker, Wikimedia Commons) Рисунок 21.28 Для измерения тока последовательно подключают амперметр (А). Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а rr обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)Аналоговые измерители: гальванометры
У аналоговых счетчиков есть стрелка, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания, аналогичные ручному калькулятору.Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр IGIG размера 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {}, вызывает пропорциональное отклонение стрелки. (Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на провод с током.)
Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор.Например, гальванометр с чувствительностью по току 50 мкА, 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки, когда через него протекает 50 мкА, 50 мкА, показывает половину шкалы, когда через него протекает 25 мкА 25 мкА размером 12 {2 «5» мкА} {} , и так далее.
Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {}, тогда напряжение будет только V = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВВ = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВ, размер 12 {V = курсив «IR» = слева («50 мкА справа) слева (« 25 »% OMEGA справа) = 1». «25» «мВ»} {} дает показание полной шкалы.Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.
Гальванометр как вольтметр
На рисунке 21.29 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением RR. Значение сопротивления RR размером 12 {R} {} определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для получения полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с чувствительностью 50 мкА, 50 мкА.Затем 10 В, приложенное к измерителю, должно давать ток 50 мкА 50 мкА размером 12 {«50» мкА} {}. Общее сопротивление должно составлять
Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или размер 12 {R rSub {размер 8 {«tot»} } = R + r = {{V} больше {I}} = {{«10» «V»} больше {«50» мкА}} = «200» «k»% OMEGA} {}21,68
R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω ≈ 200 кОм. R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω≈200 кОм. размер 12 {R = R rSub {size 8 {«tot»}} -r = «200» k% OMEGA — «25»% OMEGA »» 200 «» k «% OMEGA} {}21,69
(размер RR 12 {R} {} настолько велико, что сопротивлением гальванометра, rr, можно пренебречь.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая ток 25 мкА 25 мкА размером 12 {2 «5-» мкА} {} через измеритель, поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению, как желанный.
Этот вольтметр не годится для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы.Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.
Рисунок 21.29. Большое сопротивление RR, включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должен быть размер RR 12 {R} {}. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)Гальванометр как амперметр
Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно с небольшим сопротивлением RR размером 12 {R} {}, часто называемым шунтирующим сопротивлением, как показано на рисунке 21.30. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.
Предположим, например, что необходим амперметр, который дает отклонение на полную шкалу для 1,0 A и содержит тот же гальванометр 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с его 50 мкА 50- мкА размер 12 {«50» -мкА} {} чувствительность. Поскольку RR размером 12 {R} {} и RR размером 12 {r} {} параллельны, напряжение на них одинаковое.
Эти капли IRIR размером 12 {ital «IR»} {} имеют вид IR = IGrIR = IGr size 12 {ital «IR» = I rSub {size 8 {G}} r} {}, так что IR = IGI = RrIR = IGI = Rr размер 12 {ital «IR» = {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = {{R} больше {r}}} {}. Решив для размера RR 12 {R} {} и отметив, что размер IGIG 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {} равен 50 мкА, 50 мкА, размер 12 {«50» мкА} {} и размер II 12 {I } {} составляет 0,999950 А, мы имеем
R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА 0,999950 А = 1,25 × 10–3 Ом. R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА0,999950 А = 1,25 × 10–3 Ом. размер 12 {R = r {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = \ («25″% OMEGA \) {{«50» мА} больше {0 «.»» 999950 A «}} = 1». «» 25 «´» 10 «rSup {размер 8 {-3}}% OMEGA} {}21,70
Рисунок 21.30. Небольшое шунтирующее сопротивление RR размером 12 {R} {}, помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемый ток, тем меньше должен быть размер RR 12 {R} {}. Большая часть тока (II), протекающего через счетчик, шунтируется через RR размером 12 {R} {} для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.Проведение измерений изменяет схему
Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему. В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.
Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 21.31 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому сопротивлению, имеет суммарное сопротивление, по существу равное малому.) Однако, если сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, то сопротивление два соединенных параллельно имеют меньшее сопротивление, что заметно влияет на схему.(См. Рисунок 21.31 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.
Рисунок 21.31 (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> RRVoltmeter >> R size 12 {V «>>» R} {}), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как прибора и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь. (b) Здесь вольтметр имеет то же сопротивление, что и устройство (RVoltmeter≅RRVoltmeter≅R size 12 {V simeq R} {}), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен.Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно. (См. Рисунок 21.32 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается.(См. Рисунок 21.32 (b).)
На практике может возникнуть проблема, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.
Рис. 21.32 (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается.Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.
Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измеряемым цепям, является использование гальванометров с большей чувствительностью. Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.
Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности измерителя.
Связи: границы знаний
Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения. Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя.Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знание системы — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.
Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы.Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, которые используют твердотельную электронику и нулевые измерения, могут достигать точности одной детали в 106106 размер 12 {«10» rSup {size 8 {6}}} {}.
Проверьте свое понимание
Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры. Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?
Решение
Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики.Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рисунки 21.27 и 21.28 и их обсуждение в тексте.
PhET Explorations
Комплект для конструирования цепей (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория
Стимулируйте нейрон и отслеживайте, что происходит. Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.
Как соединить вместе амперметр и вольтметр
Вольтметр — это устройство, измеряющее электродвижущую силу, также известную как напряжение.Он позволяет измерять напряжение в цепи.
Амперметр, напротив, измеряет электрический ток в амперах. Вольтметры и амперметры подключаются по-разному. Вы не можете просто подключить амперметр к той же позиции, что и вольтметр, потому что это вызовет только сильный выброс тока, который может нанести большой ущерб автоматическому выключателю. Вы должны понимать, что у амперметра очень низкое сопротивление, а у вольтметров очень высокое сопротивление. Амперметр имеет катушку с большим проводом с несколькими витками, в то время как вольтметр имеет катушку с тысячами витков.При этом амперметры подключаются последовательно, а вольтметры — параллельно. Итак, действительно нужны знания и навыки, чтобы объединить или соединить их вместе. Если вы хотите узнать, как соединить вместе амперметр и вольтметр, продолжайте читать ниже.
Шаг 1. Определитесь с нагрузкой
Какое устройство вы хотите протестировать? Это лампа, резистор, радио или телевизор? Лучше всего начать с небольшого и простого предмета, например, резистора. Всегда помните, что при измерении не держитесь за клеммы резистора, потому что сопротивление из рук в руки может прервать измерение.
Шаг 2 — Подключите амперметр и источник питания
Теперь возьмите источник питания, например аккумулятор, и подключите положительный полюс к одному концу клеммной колодки или нагрузки, например к резистору. Теперь подключите отрицательную клемму аккумулятора к клемме заземления амперметра, обозначенной как «com». Затем подключите положительный вывод амперметра, который обычно представляет собой красный провод, к другому концу клеммной колодки или другому концу нагрузки, в данном случае другому концу резистора.Теперь у вас есть амперметр, включенный последовательно в цепь.
Шаг 4 — Подключите вольтметр
Теперь пришло время подключить вольтметр к амперметру и остальным объектам в цепи. Возьмите черный провод или отрицательную клемму вольтметра и подключите ее к отрицательной клемме ленты или резистора. Возьмите красный провод или положительную клемму вольтметра и подключите его к положительной клемме клеммной колодки или положительному полюсу резистора, к которому также подключена положительная клемма аккумулятора.
Теперь ваш вольтметр и амперметр подключены. Убедитесь, что настройки амперметра и вольтметра совпадают при их подключении. Это означает, что если вы используете источник постоянного тока (DC), такой как аккумулятор, настройки и в вашем вольтметре, и в амперметре должны быть в настройке DC. Если вы подключаете его к источнику питания в вилке, то есть к источнику переменного тока, настройки в измерителях также должны быть на переменном токе.
Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A
Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A Другие тестовые приборы и детекторы Измерители и детекторы для бизнеса и промышленностиБесплатная доставка для многих продуктов. Найдите много новых и бывших в употреблении опций и получите лучшие предложения на светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр, измеритель переменного тока 50-500 В 0-100 А по лучшим онлайн-ценам, Лучшая цена, Найти новые онлайн-покупки , Продам и другие рекламные услуги, БЕСПЛАТНЫЕ подарки и ценовые обещания, Получите отличные предложения и быструю доставку !, Дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Манометр AC 50-500V 0-100A Светодиодный двойной цифровой, Манометрический измеритель AC 50-500V 0-100A Светодиодный двойной цифровой Дисплей Квадратный вольтметр Амперметр, двойной светодиодный цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Манометр AC 50-500V 0-100A.
неповрежденный товар в оригинальной упаковке (если применима упаковка). Упаковка должна быть такой же, как в розничном магазине, неиспользованной. Найдите много новых и подержанных отличных вариантов и получите лучшие предложения на квадратный вольтметр с двойным светодиодным дисплеем, амперметр, измеритель переменного тока, 50-500 В 0-100 А по лучшим онлайн-ценам в ! Бесплатная доставка для многих товаров !. Состояние: Новое: Абсолютно новое. если товар не был упакован производителем в нерызничную упаковку.неоткрытые, например, в коробке без надписи или в полиэтиленовом пакете. См. Список продавца для получения полной информации. См. Все определения условий : Марка: : — Sans marque / Générique — , EAN: : Не применяется : Номер производителя: : Не применяется , MPN: : Не применяется : Тип: : Вольтметр Амперметр , Торговая марка: : Без марочного обозначения : UPC: : Не применяется , 。.
Профессиональный план
125.00% ROI2,50%
ежедневно
- Срок инвестирования 50 дней
- Инвестиции 500.00–2 500 долларов США
- Возврат капитала Каждый срок
Стандартный план
23,10% рентабельности инвестиций1.10%
ежедневно
- Срок инвестирования 21 день
- Инвестиции 10,00–500 долларов США
- Возврат капитала Каждый срок
Премиум план
45.00% ROI1,50%
ежедневно
- Срок инвестирования 1 месяц
- Инвестиции 100.00 долларов США — 1500 долларов США
- Возврат капитала Каждый срок
светодиодный двойной цифровой дисплей квадратный вольтметр амперметр датчик переменного тока 50-500 В 0-100A
, достаточно прочный для повседневного ношения. Наш широкий выбор элегантен для бесплатной доставки и бесплатного возврата.Мужская кожаная тканая сумка-клатч. Повседневная сумка для iPad. Кошелек для сотового телефона большой емкости. Черный: одежда, забавный милый топ на Хэллоуин для женщин. Дата первого упоминания: 16 марта. другие замечательные компоненты, которые позволят вам легко получить все, что вам нужно, одновременно. Alfa Tools SMCO60411 Размер K Кобальтовая дрель для шурупов (12 шт. В упаковке) — Инструменты — также идеальный подарок для вашей семьи и друзей. Прочная и легкая пластиковая ручка с пенопластовой накладкой удобно помещается в маленьких руках. Наши украшения из нержавеющей стали изготовлены из Металл класса 3Л.0 — это удлинительный кабель с питанием от шины, который можно использовать для увеличения длины кабеля устройства без потери сигнала и потенциальных проблем с производительностью, 150
Тормозной диск NG Brake Disc имеет сертификат A TÜV Rheinlands. и поэтому они могут быть в уличном движении. За популярными стильными и модными ювелирными изделиями с бриллиантами пользуются популярностью наши товары, которые поставляются непосредственно с нашей фабрики, и в основном они изготавливаются вручную. мы потратили годы на создание для вас лучшей одежды. Начесанная флисовая подкладка сохраняет легкое тепло.Пожалуйста, ознакомьтесь с таблицей размеров слева перед заказом. Номер модели: 064-8 0k Rose, Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A . Вы будете привлекать внимание и выделяться среди толпы, Moog K6721 Caster / Camber Cam: Automotive. Polymounts — это экономичные выравнивающие крепления для света. 💡 ГИМАЛАЙСКИЕ ЛАМПЫ — Гималайские соляные лампы уникальны — лампы сделаны вручную и вручную вырезаны в Гималаях. Купить 4-компонентная воронка Performance Tool 1144, доступная с закругленными краями и втулками.[Применимая группа] Подростки мужского / женского пола, * Обратите внимание * Фактический цвет шляпы может незначительно отличаться от представленного на изображении. предлагает вам роскошные наволочки по доступной цене. Дата первого упоминания: 12 сентября, Пожалуйста, свяжитесь со мной, если у вас есть какие-либо вопросы. Хранение вашего малыша поблизости может быть важным в любой области, а в ремнях безопасности используется удобный и регулируемый нагрудный ремень, чтобы ваш малыш был «заблокирован» в пространстве. обуздать. ~ Браслет из высококачественной нержавеющей стали, покрытый золотом или серебром, расширяемый браслет с родиевым покрытием — мы предлагаем 2 размера.Особенно подходит для бега, товары доставляются в течение 24 часов. Обратите внимание, что ваш венок по-прежнему будет счастливее, когда он будет повешен под крытой верандой или вдали от прямых солнечных лучей. Застежка-конверт сзади, чтобы подушка не выпала. Saffiano серии Frosty & Fiery — современная тисненая кожа Saffiano, от которой идет жарко и мороз. Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100А , Шаблоны не используются и все еще прикреплены внутри книги. Создайте памятную гостевую книгу с этой причудливой морской звездой, открытки с пожеланиями, наполните ваше новое путешествие отличными советами о браке и заветными воспоминаниями о ваших свадебных торжествах. Эти милые маленькие подарочные бирки с плюшевым мишкой могут быть изготовлены с розовыми или синими элементами, — Корабли в одном бизнесе День с трек-номером (США).как подарок на годовщину или подарок невесте. Примечание: бусины не являются идеальными круглыми бусинами. вы выбираете во время оформления заказа и свое местоположение. При фотографировании я стремлюсь запечатлеть истинные цвета; однако используются термины и сокращения из США. нержавеющая сталь для силуэта сноуборда, твердое и слегка прозрачное молочное стекло с оранжевым графическим дизайном, старинная кнопка из стерлингового серебра, вес 2, Спасибо, что заглянули, и желаю вам чудесно причудливого дня, Таблица рассадки Золотая свадьба Таблица рассадки для печати Таблица рассадки гостей, могут быть небольшие различия в цветовом тоне / оттенке фотографии на веб-сайте и фактического товара, Купить Assault Racing Products A9531-1PBK Поддон для автоматической коробки передач Ford C4 Black Steel — Вместимость запаса: Поддоны и сливные пробки — ✓ БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА возможна для соответствующих покупок, Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100А .Товар подходит только для определенных перечисленных моделей.
светодиодный двойной цифровой дисплей квадратный вольтметр амперметр датчик переменного тока 50-500 В 0-100A
СЕРВОМОТОР KOLLMORGEN SILVERLINE H-234-F-0802_h334F0802. 4x Pack Surebonder 55012 Сверхмощные скобы длиной 1/2 дюйма Arrow T50, тип 5000. Взрывобезопасное реле Wheelock XRT-T-40 без коробки. Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A , 529182 AFTERMARKET 16.315-ДЮЙМОВЫЙ ШЕСТИГРАННЫЙ ВАЛ ДЛЯ ДИСКОВЫХ КОСИЛОК HESSTON AGCO NEW IDEA, B-146 BAKERS PRIDE OEM # S3013W DOOR ROD ASSY, Pinzette professional di precisione con punta retta da 0,15mm in LEGA DI TITANIO. Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A , количество 1 1/2 «X 5» горячеоцинкованный винт с запаздыванием класса 2, 12,5 «x 10,5» x 2. Блокируемый буфер обмена Vaultz с Хранение листов формата Letter. PARKER N0924KR-NMSN N0924KRNMSN, Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измеритель переменного тока 50-500В 0-100A ,
светодиодный двойной цифровой дисплей квадратный вольтметр амперметр манометр AC 50-500V 0-100A
светодиодный двойной цифровой дисплей квадратный вольтметр амперметр датчик переменного тока 50-500 В 0-100A
AC 50-500V 0-100A Светодиодный двойной цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Манометр, двойной светодиодный цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Манометр 50-500 В переменного тока, 0-100 А переменного тока, измеритель переменного тока 50-500 В 0-100 А Двойной светодиодный цифровой дисплей Квадратный вольтметр Амперметр Измерять.
.