Jak zjistit proud pomocí vzorců a měřicích přístrojů

Výpočet elektrických parametrů je nezbytný pro správnou konstrukci obvodů. Protože účelem použití elektřiny v elektrotechnice je vykonávat práci proudem, vyvstává otázka, jak zjistit sílu proudu. Tento parametr se používá při výpočtu výkonu a při výpočtu spotřeby elektrické energie.

Existují různé způsoby, jak tento důležitý parametr určit, které budeme v tomto článku zvažovat.

Vzorce

Parametry elektrického proudu jsou vždy vzájemně propojeny. Například změna hodnoty zatížení se odráží v ukazatelích jiných hodnot. Tyto změny navíc podléhají odpovídajícím zákonům, které jsou vyjádřeny pomocí vzorců. Proto se v praxi k určení síly proudu často používají odpovídající vzorce.

Prostřednictvím náboje a času

Připomeňme si definici (obr. 1): elektřina je velikost náboje poháněného silami elektrického pole, který za jednotku času překoná podmíněnou rovinu vodiče, nazývanou průřez vodiče.

Pokud je tedy znám elektrický náboj, který prošel vodičem za určitý čas, pak není těžké zjistit velikost tohoto náboje procházejícího za jednotku času, tj. I = q/t

Prostřednictvím napájení a napětí

V pasu elektrického spotřebiče je obvykle uveden jeho jmenovitý výkon a parametry elektrické sítě, se kterou má pracovat. S těmito údaji můžete vypočítat sílu proudu pomocí vzorce: I=P/U.

Tento výraz vyplývá ze vzorce pro výpočet výkonu: P = IU.

Prostřednictvím napětí nebo výkonu a odporu

Elektrická síla v úseku obvodu je určena Ohmovým zákonem. K tomu potřebujete znát následující parametry: odpor a napětí v tomto úseku. Pak I = U/RPokud je znám výkon zátěže, lze jej vyjádřit jako druhou mocninu proudu vynásobenou odporem sekce: P = I2Rodkud

Pro kompletní obvod se tato hodnota vypočítá pomocí Ohmova zákona, ale s ohledem na parametry zdroje energie.

Prostřednictvím elektromotorické síly, vnitřního odporu a zátěže R

Pomocí Ohmova zákona upraveného pro celý obvod můžete vypočítat maximální proud pomocí vzorce I = ε / (R+r′), pokud jsou parametry známy:

• vnější odpor vodičů (R);
• Elektromagnetické síly zdroje energie (ε);
• vnitřní odpor zdroje s elektromotorickým polem (r′).

Pozor! Skutečné zdroje napájení mají vnitřní odpor. Protože v elektrickém obvodu
Indikátor síly proudu se může snížit v důsledku zvýšení odporu zdroje energie nebo v důsledku poklesu elektromotorického napětí (EMF). Právě kvůli zvýšení vnitřního odporu se baterie vybíjí a elektromotorické napětí výkonových prvků se snižuje.

Joule-Lenzův zákon

Zdálo by se, že výpočet síly proudu na základě množství tepla uvolněného v důsledku ohřevu vodiče nemá praktické využití. Není tomu tak však. Podívejme se na příklad.

Řekněme, že potřebujeme zjistit sílu proudu během provozu elektrické konvice. K tomu přivedeme 1 kg vody k varu a zaznamenáme čas v sekundách. Předpokládejme, že počáteční teplota byla 10 ºC. Pak Q = Cm(τ – τ) = 4200 J/kg× 1 kg (100 – 10) = 378 000 J.

Z Jouleova-Lenzova zákona (obrázek na obr. 2) vyplývá vzorec:

Změřením odporu elektrického spotřebiče a dosazením hodnot do vzorce získáme hodnotu odebíraného proudu.

Měřicí přístroje

Pokud máte po ruce měřicí přístroje, je docela snadné s jejich pomocí zjistit sílu proudu. Stačí dodržovat pravidla měření a nezapomínat na bezpečnostní pravidla.

Ampérmetr

Při použití měřicích přístrojů proudu nezapomeňte, že jsou v obvodu zapojeny sériově. Vnitřní odpor ampérmetru je velmi malý, takže se přístroj snadno poškodí, pokud se měření provádějí v mezích hodnot, pro které je navržen.

Schéma zapojení ampérmetru je znázorněno na obrázku 3. Upozorňujeme, že na měřené části elektrického obvodu musí být zatížení.

Většina analogových ampérmetrů, jako například ten na obrázku 4, je navržena k měření parametrů v obvodech se stejnosměrným proudem.

Všimněte si rozložení stupnice ampérmetru. První dílek je 50 A a všechny následující dílky jsou 10 A. Maximální hodnota, kterou lze tímto ampérmetrem měřit, by neměla překročit 300 A. Pro měření elektrických veličin v menších nebo větších rozsazích byste měli používat vhodné přístroje určené pro takové rozsahy. V tomto smyslu je všestrannost ampérmetru omezená.

Při měření stejnosměrných proudů je nutné při připojování ampérmetru dodržovat polaritu sond. Pro připojení zařízení je nutné přerušit obvod. To není vždy pohodlné. Někdy je vhodnější vypočítat sílu proudu pomocí vzorce, zejména pokud musíte provádět měření ve složitých elektrických obvodech.

Multimetr

Výhodou multimetru je jeho multifunkčnost. Moderní multimetry jsou digitální. Mají režimy pro měření v obvodech stejnosměrného i střídavého proudu. V režimu měření proudu se toto měřicí zařízení zapojuje do obvodu podobně jako ampérmetr.

Před připojením multimetru k obvodu vždy zkontrolujte režim měření a vyberte měřicí limity, které jsou zjevně větší než očekávaná síla proudu. Po prvním měření můžete přepnout do režimu s menším rozsahem.

Pro práci se střídavým napětím přepněte přístroj do příslušného režimu. Hodnoty odečtěte z displeje poté, co čísla přestanou blikat.

Příklady

Na jednoduchých příkladech si ukážeme, jak řešit problémy s výpočtem síly proudu pomocí vzorce.

1 výzva.

Na úseku obvodu (viz obr. 5) jsou paralelně zapojené tři rezistory. Hodnoty odporu rezistorů jsou: R₁ = 5 Ohm; R₂ = 25 Ohm; R₃ = 50 Ohmů. Je nutné vypočítat proud pro každý rezistor a pro celou sekci, pokud je na něm udržováno konstantní napětí 100 V.

řešení: Pokud jsou zatěžovací prvky zapojeny paralelně, U = const, tj. napětí je na všech rezistorech stejné a je 100 V. Pak podle Ohmova zákona I = U/R

Pro výpočet požadovaného parametru na celém úseku obvodu potřebujeme znát celkový odpor tohoto úseku. Vzhledem k tomu, že při paralelním zapojení zátěžových prvků v obvodu je jejich celkový odpor roven:

Máme: 1/R = 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ohm)

Pak: I = U/R = 100 V/3,85 Ohm ≈26 A.

Odpověď:

• Proudová síla na odporech: I₁ =20 A; I₂ = 4A; I₃ = 2 A.
• Proud dodávaný do uvažované části obvodu je 26 A.

2 výzva.

Rychlovarná konvice má výkon 2 kW. Konvice je napájena z městské sítě s napětím 220 V. Kolik elektřiny tento elektrický spotřebič spotřebuje?

řešení:

Použijme vzorec k nalezení proudu, který zahrnuje napětí a výkon: I = P/U.

• 2 kW převedeno na watty: 2 kW = 2000 W.
• Dosadíme data: I = 2 000 W/ 220 V ≈ 9 A
• Odpověď: Topné těleso rychlovarné konvice je dimenzováno na 9 A.

3 výzva.

Vypočítejte proud v obvodu, pokud je známo, že odpor je 5 Ohmů, elektromotorická síla zdroje energie je 6 V a jeho vnitřní odpor je 1 Ohm.

Řešení.

Aplikujeme-li Ohmův zákon na celý obvod, píšeme: I = ε / (R+r′)

I = 6 V / (5 Ohmů + 1 Ohm) = 1 A.

Odpověď: Proudová síla 1 A.

4 výzva.

Kolik energie spotřebuje elektrický sporák za 2 hodiny provozu, pokud je odpor topného tělesa 40 Ohmů?

rozhodnutí:

Během času t vykoná elektřina práci A = U*I*t.

Napětí sítě je známé – je to 220 V. Proud zjistíme pomocí vzorce: I = U/R, pak A = (U²/R)*t nebo

A = ((220 V) 2 / 40 Ohmů) * 2 h = 2420 Wh = 2,42 kWh

Odpověď: Během 2 hodin provozu spotřebuje elektrický sporák 2,42 kWh elektřiny.

Použitím vzorců pro výpočet elektrických parametrů, s využitím základních fyzikálních zákonů, je možné zjistit neznámé údaje o součástkách obvodů a elektrických zařízeních, aby bylo možné posoudit jejich stav. V každém jednotlivém případě je nutné určit známé parametry proudu, které lze použít v dalších výpočtech. Obvykle se jedná o napětí, výkon nebo odpor zátěže.

Pokud se obejdete bez měření ampérmetrem, je lepší se uchýlit k výpočtům, i když to vyžaduje měření napětí. Takové měření lze provést bez přerušení elektrického obvodu, což s ampérmetrem nelze provést.