Электроника как искусство: электрический ток

Не влезай. Убьет! (с)

Среднестатистическая грамотность населения в области электроники и электротехники оставляет желать лучшего. Максимум, спаять схемку, а как она работает — темный лес. К сожалению, все русскоязычные учебники пестрят формулами и интегралами, от них любого человека потянет в сон. В англоязычной литературе дела обстоят несколько лучше. Попадаются довольно интересные издания, но камнем преткновения здесь уже выступает английский язык. Постараюсь изложить основные понятия по электротехнике максимально доступно, в вольном стиле, не от инженера инженеру, а от человека человеку. Сведущий читатель, возможно, тоже найдет для себя несколько интересных моментов.

Электрический ток


Пути электрического тока неисповедимы. (с) мысли из интернета

На самом деле, нет. Все так или иначе можно описать с помощью математической модели, моделирования, да даже прикинув по-быстренькому на бумажке, а некоторые уникумы делают это в голове. Кому как удобнее. На самом деле, эпиграф этой главы родился от незнания, что же такое электрический ток.

Электрический ток характеризуется несколькими параметрами. Напряжением U и током I. Конечно, все мы помним определения по физике, но мало кто понимает их значения. Начну с напряжения. Разность потенциалов или работа по перемещению заряда, как сухо и неинтересно пишут в учебниках. На самом деле, напряжение всегда измеряется между двумя точками. Оно характеризует способность создавать электрический ток между этими двумя точками. Назовем эти точки источником напряжения. Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток. Но об этом чуть позже.

Что же такое ток? Представьте аналогию русло реки – это провода, электрический ток – это скорость потока воды в реке. Тогда напряжение здесь – перепад высоты между начальной точкой реки и конечной точкой. Или напряжение – это насос гоняющий воду, если река течет в одной плоскости. Такие аналогии на начальных этапах очень помогают понять, что же происходит в электрической схеме. Но, в конечном итоге, лучше от них отказаться. Лучше представить ток как некий поток электронов. Количество заряда, перемещаемое в единицу времени. Конечно, в учебниках говорится, что де электроны движутся со скоростью несколько сантиметров в минуту и значение имеет лишь электромагнитное поле, но пока забудем про это. Итак, под током можно понимать движение электрического тока, т.е. заряда. Носители заряда, электроны, отрицательно заряжены и двигаются от отрицательного потенциала к положительному, электрический ток же имеет направление от положительного потенциала к отрицательному, от плюса к минусу, так принято для удобства и так мы будем пользоваться в дальнейшем, забыв про заряд электрона.

Конечно, сам по себе ток не появится, нужно создать напряжение между двумя точками и нужна какая-либо нагрузка для протекания тока через нее, подключенная к этим двум точками. Очень полезно знать свойство, что для протекания тока нужно два проводника: прямой, до нагрузки, и обратный, от нагрузки до источника. Например, если не замкнуты проводники источника напряжения, то тока не будет.

Что же такое источник напряжения? Представим его в виде черного ящика, имеющего как минимум два вывода для подключения. Самые простые примеры из реальной жизни: электрическая розетка, батарейка, аккумулятор и т.п.


Идеальный источник напряжения обладает неизменным напряжением при протекании через него любого значения тока. Что же будет, если замкнуть зажимы идеального источника напряжения? Потечет бесконечно большой ток. В реальности источники напряжения не могут отдать бесконечно большой ток, потому что обладают некоторым сопротивлением. Например, провода в сетевой розетке 220в от самой розетки до подстанции имеют сопротивление, пусть и малое, но довольно ощутимое. Провода от подстанций до электростанций тоже имеют сопротивление. Нельзя забывать про полное сопротивление трансформаторов и генераторов. Батарейки имеют внутреннее сопротивление, обусловленное внутренней химической реакцией, которая имеет конечную скорость протекания.

Что же такое сопротивление? Вообще, это тема довольно обширная. Возможно, опишу в одной из следующих глав. Если кратко – это параметр, связывающий ток и напряжение. Оно характеризует, какой ток потечет при приложенном напряжении к этому сопротивлению. Если говорить «водной» аналогией, то сопротивление – это дамба на пути реки. Чем меньше отверстие в дамбе – тем больше сопротивление. Эту связь описывает закон Ома: $I=U/R$. Как говорится: «Не знаешь закон Ома, сиди дома!».

Зная закон Ома, не сидя дома, имея какой-либо источник тока с заданным напряжением и сопротивление в виде нагрузки, мы очень точно можем предсказать какой потечет ток.
Реальные источники напряжения имеют какое-то свое внутреннее напряжение и отдают некий конечный ток, называемый током короткого замыкания. При этом батареи и аккумуляторы еще и разряжаются со временем и имеют нелинейное внутреннее сопротивление. Но пока тоже забудем об этом, и вот почему. В реальных схемах удобнее проводить анализ с использованием сиюминутных мгновенных значений напряжения и тока, поэтому будем считать источники напряжения идеальными. За исключением того факта, когда потребуется посчитать максимальны ток, который способен отдать источник.

Насчет «водной» аналогии электрического тока. Как я уже писал, она не очень правдива, поскольку скорость движения реки до дамбы и после дамбы будет разным, также разным будет кол-во воды до и после дамбы. В реальных схемах электрический ток втекающий в резистор и вытекающий из него будет равен между собой. Ток по прямому проводу, к нагрузке, и по обратному проводу, от нагрузки до источника, тоже равен между собой. Ток ни откуда не берется и никуда не девается, сколько «втекло» в узел схемы, столько и «вытечет», даже если путей несколько. Например, если есть два пути протекания тока от источника, то он потечет по этим путям, при этом полный ток источника будет равен сумме двух токов. И так далее. Это и есть иллюстрация закона Кирхгофа. Это очень просто.


Также есть еще два важных правила. При параллельном соединении элементов, напряжение в каждом из элементов одинаково. Например, напряжение на резисторе R2 и R3, на рисунке выше, одинаковы, но токи могут быть разными, если резисторы имеют разные сопротивления, по закону Ома. Ток через батарейку равен току на резисторе R1 и равен сумме токов на резисторах R2 и R3. При последовательном соединении напряжения элементов складываются. Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.

Как я уже писал, напряжение измеряется всегда между двумя точками. Иногда, в литературе можно встретить: «Напряжение в точке такой-то». Это означает напряжение между этой точкой и точкой нулевого потенциала. Создать точку нулевого потенциала можно, например, заземлив схему. Обычно «землят» схему в месте самого отрицательно потенциала около источника питания, например, как на рисунке выше. Правда это бывает не всегда, да и применение нуля довольно условно, например, если нам нужно двухполярное питание +15 и -15 вольт, то «землить» надо уже не -15в, а потенциал посредине. Если же заземлить -15в, то мы получим 0, +15, +30в. См. рисунки ниже.


Заземление также применяется в качестве защитного или рабочего. Защитное заземление называют зануление. Если нарушится изоляция схемы в каком-нибудь другом участке, отличном от земли, то по нулевому проводу потечет большой ток и сработает защита, которая отключит часть схемы. Защиту мы должны предусмотреть заранее, поставив автоматический выключатель или иное устройство на пути протекания тока.

Иногда «землить» схему нельзя или невозможно. Вместо земли применяют термин общая точка или ноль. Напряжения в таких схемах указываются относительно общей точки. При этом вся схема относительно земли, т.е. нулевого потенциала может располагаться где угодно. См. рисунок.


Обычно, Xv близко к 0 вольт. Такие незаземленные схемы с одной стороны более безопасны, поскольку если человек прикоснется одновременно к схеме и земле ток не потечет, т.к. нет обратного пути протекания тока. Т.е. схема станет «заземлена» через человека. Но с другой стороны такие схемы каверзны. Если вдруг нарушится изоляция схемы от земли в какой-либо ее точке, то мы этого не узнаем. Что может быть опасно, при больших напряжениях Xv.

Вообще земля — это термин довольно обширный и расплывчатый. Есть очень много терминов и названий земли, смотря где «землить» схему. Под землей может пониматься как защитная земля, так и рабочая земля (по протеканию тока через нее при нормальной работе), как сигнальная земля, так и силовая земля (по роду тока), как аналоговая земля, так и цифровая земля (по роду сигнала). Под землей может пониматься общая точка или наоборот, под общей точкой пониматься земля или и быть ей. Также в схеме могут присутствовать все земли одновременно. Так что надо смотреть по контексту. Есть даже такая забавная картиночка в иностранной литературе, см. ниже. Но обычно земля – это схемные 0 вольт и это точка от которой измеряют потенциал схемы.


До сих пор, упоминая источник напряжения, я не касался рода этого самого напряжения. Напряжение есть меняющееся со временем и есть не меняющееся. Т.е. переменное и постоянное. Например, напряжение, меняющееся по синусоидальному закону всем хорошо знакомо, это напряжение сети 220в в бытовых розетках. С постоянным напряжением работать очень просто, мы это уже делали выше, когда рассматривали закон Кирхгофа. А что же делать с переменным напряжением и как его рассматривать?

На рисунке приведены несколько периодов переменного напряжения 220в 50Гц (синяя линия). Красная линия – постоянное напряжение 220в, для сравнения.


Определимся, сначала что такое напряжение 220в, кстати, по новому стандарту положено считать 230в. Это действующее значение напряжения. Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в. Действующее значение – это такое значение напряжения, при котором за период переменного тока в проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при постоянном токе такого же напряжения. Выражаясь математическим языком – это среднеквадратичное значение напряжения. В английской литературе используется термин RMS, а приборы, которые измеряют истинное действующее значение имеют знак «true RMS».

На первый взгляд это может показаться неудобным, какое-то действующее значение, но это удобно для расчетов мощности без необходимости конвертации напряжения.

Переменное напряжение еще удобно рассматривать как постоянное напряжение, взятое в какой-либо точке времени. После чего проводить анализ схемы несколько раз, изменяя знак постоянного напряжение на обратный. Сначала рассмотреть работу схемы с постоянным положительным напряжением, потом, изменить знак, с положительного на отрицательный.
Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и ноль. Иногда ноль заземляют. Такая система называется однофазной. Напряжение фазы измеряется относительно нуля и меняется со временем, как показано на рисунке выше. При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по нулевому проводу. При отрицательной полуволне ток течет по нулевому проводу и возвращается по фазному.

В промышленности широко применяют трехфазную сеть. Это частный случай многофазных систем. По сути все тоже самое, что и однофазная система, только умноженная на 3, т.е. применение одновременно трех фаз и трех земель. Впервые изобретено Н. Тесла, впоследствии усовершенствовано М. О. Доливо-Добровольским. Усовершенствование состояло в том, что для передачи трехфазного электрического тока можно было выкинуть лишние провода, достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от нуля. Нулевой провод очень часто заземляют. На рисунке ниже ноль общий.


Почему же 3 фазы, и не больше, не меньше? С одной стороны, 3 фазы гарантированно создают вращающееся магнитное поле, так необходимое электрическим двигателям для вращения или получаемое от генераторов электростанций, с другой стороны это экономически выгодно с материальной точки зрения. Меньше нельзя, а больше и не нужно.

Чтобы гарантировано создавать вращающееся поле в трехфазной сети нужно чтобы фазы напряжения были сдвинуты друг относительно друга. Если принять полный период напряжения за 360 градусов, то 360/3 = 120 градусов. Т.е. напряжение каждой фазы сдвинуто относительно друг друга на 120 градусов. См. рисунок ниже.


Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети Uл, т.е. напряжение, измеряемое между двумя фазами. На рисунке показан пример нахождения мгновенного значения Uл. Оно также изменяется по синусоидальному закону. Также наряду с линейным напряжением различают фазное Uф. Оно измеряется между фазой и нулем. Фазное напряжение в данной трехфазной сети равно 220в. Под фазным и линейным напряжение, конечно же подразумевается действующее напряжение. Соотносятся линейное к фазному напряжению, как корень из трех.


Нагрузку к трехфазной сети можно подключать как угодно – к фазному напряжению: между какой-либо фазой и нулем, либо к линейному напряжению: между двумя фазами. Если нагрузка подключена к фазному напряжению, то такая схема соединения называется звездой. Она и показана выше. Если к линейному напряжения – то соединение треугольником. Если одинаковая нагрузка подключается к линейным напряжениям между всеми тремя фазами, то такие сети симметричные. Ток через нулевой провод в симметричных сетях не течет. См рис. ниже. Промышленные сети также считаются условно симметричными. Как правило ноль в таких сетях присутствует, но лишь в защитных целях. Иногда может и отсутствовать вообще. Веселая картиночка из вики наглядно иллюстрирует как протекает ток в таких сетях.


На этом кратенький обзор по электросетям и электричеству завершен. Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

Библиографический список


  1. Искусство схемотехники, П. Хоровиц. 2003.
  2. GROUNDS FOR GROUNDING. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
  3. Wiki и интернет ресурсы.
Поделиться публикацией
Комментарии 133
    +1

    Ох, есть пара слишком спорно упрощённых, как для этого портала, моментов...


    Но за статью — большое спасибо! :)

      0
      По водной аналогии: всегда представлял себе напряжение — скоростью потока, а ток — объемом воды, проходящей по участку за определенное время :)
      Хотя водная аналогия, как Вы и сказали, весьма неточна во многих моментах.
        0
        Если количество жидкости — эквивалент электрического заряда (количества электричества), то как ни крути, током будет объёмный расход, да.

        А вот чем неудачна аналогия напряжения как линейной скорости:
        напряжение это нечто, измеряемое между двумя точками контура — как такое применить к скорости — непонятно. Как потенциал — так он вдоль контура от одного полюса источника до другого меняется монотонно (всегда убывает или всегда возрастает — в зависимости от направления обхода), а скорость может и увеличиваться и уменьшаться.
        И связь между линейной скоростью и объёмным расходом как-то не очень описывается законами Ома и Кирхгофа. А вот при аналогии потенциал=давление ток=расход проводимость=сечение все закономерности работают (разумеется, в идеале, без учета вязкости).
        Так же отлично эти законы применимы в теплотехнике для параметров температура — поток энергии (мощность) — теплопроводность. Вот только с тепловым аналогом индуктивности проблемы.
          0
          А вот чем неудачна аналогия напряжения как линейной скорости

          Да, согласен. Но аналогия электричества с жидкостью вообще не может быть полностью удачной, как мне кажется. Всегда будут моменты, не вписывающиеся в такую аналогию.
          Например, (в том числе и в Вашем варианте) «проводимость=сечение» не прокатывает при более пристальном рассмотрении, потому что с жидкостями уменьшение сечения на одном из участков при прочих равных приводит к росту давления перед этим участком. А в электричестве увеличение сопротивления не приводит к росту напряжения. Если, конечно, перед этим мы не нагрузили источник питания так, что он просел по напряжению, но это уже совсем не из тех случаев, с которых нужно начинать изучение электричества :)
          Но в общем-то для базового понимания принципа электричества можно использовать любую из аналогий — автора, Вашу, мою (но Ваша более удачна, признаю). Потом, уже при более глубоком изучении, все эти моменты станут понятны и без привлечения водопроводов и рек :)
            +1
            Конечно, полностью не получится. Только часть закономерностей общая — но достаточно большая.

            А в электричестве увеличение сопротивления не приводит к росту напряжения.
            Ну здрасьте. Как это не приводит? Рассмотрим резистивный делитель:
            image
            если увеличить R2, то U2 возрастет (а U1 уменьшится). При постоянном U.

            А «проводимость ~ сечение» это не моя аналогия, а общепринятая.

              0
              Ну здрасьте. Как это не приводит? Рассмотрим резистивный делитель

              Лучше рассмотрим простейшую цепь «источник напряжения (аккумулятор) + нагрузка (один резистор)». С изменением сопротивления резистора напряжение не будет значительно меняться пока сопротивления резистора не станет близким к внутреннему сопротивлению источника.
              С аналогией на двух резисторах тоже не все в порядке — если сечение первого отверстия (сопротивление R1) меньше сечения второго отверстия (сопротивления R2), то после первого отверстия (R1) вообще не должно быть давления-напряжения :)
                0
                ну так собственно, это и получится цепь из идеального источника напряжения (ЭДС) плюс делитель, образуемый внутренним сопротивлением реального источника (R1) и нагрузкой (R2). И напряжение на нагрузке от ее изменения меняться будет во всем диапазоне — просто действительно, в разной степени: при большом соотношении сопротивлений незначительно, а при равных — заметно.

                А давление (то есть разница давлений, конечно же) между двумя точками трубки есть всегда, иначе вода бы на таком участке не текла вовсе. Ну разве что в точке сверхпроводимости (при нулевом сопротивлении). Всё в соответствии с законом Ома.
                  0
                  А давление (то есть разница давлений, конечно же) между двумя точками трубки есть всегда, иначе вода бы на таком участке не текла вовсе.

                  Тогда нужно усложнять аналогию, вводя условия, что все это дело находится в абсолютном покое в невесомости, что у жидкости нет инерции и т.п. :)
                    0
                    Да, приходится идеализировать.
                    Но вот как раз с инерцией всё довольно просто — для тока это эффект индуктивности.
                    Реальные провода тоже имеют и емкость, и индуктивность, помимо чисто активного сопротивления — но это не мешает нам рассматривать идеальные электрические схемы без реактивностей.
                  0
                  Вот как выглядит график изменения коэффициента передачи делителя (то есть какую долю составит U2/U) при изменении R2 (по оси X отложено соотношение R2/R1)
                  image
            0
            Водная аналогия: Давление-Напряжение.
            вода из крана- ток электрический.
            кран(откр-закрыт) -включатель.

              0
              Можно ли объяснять работу тиристора на водной аналогии сливного бачка с пробкой, запираемой давлением, и отпиранием путем пропуска небольшого количества воды под пробку?
              Или резино-нитяная модель стабилизации напряжения парочкой «резистор(резинка)-стабилитрон(нитка)»?
                0

                если брать аналогию в трубах, то ещё ширина трубы прямо аналогична проводимости (которая в сименсах меряется и обратна к сопротивлению в омах)

                0
                Скорее давление.
                  0
                  Да, я выше согласился, что это более корректная аналогия, но у меня с детства было так как я написал :)
                  0
                  В терминах водопровода — напряжение, это давление (создаваемое столбом жидкости), а ток — величина, характеризующее количество (мгновенный объем, проходящий через сечение проводника или трубопровода) за единицу времени. Очень удобно начинать изучение не с понятия тока, а с плотности тока. Хоровиц и Хилл в этом плане, пожалуй, лучшая интерпритация. Если интересно, для сообщества, готов написать вводный курс по основам электротехники и электроники. Новичкам не лишним будет заглянуть к Тов. DIHALT на easyelectronics
                    0
                    Я и не призываю использовать водную аналогию. Она помогает лишь на первых порах. Потом лучше от нее отказаться. Если уж нравятся аналогии, то представляйте электрический ток как поток электронов, текущий от плюса к минусу. Эта аналогия работает в 99% случаев, за исключением того, когда приходится работать непосредственно с электронами, например в электронных лампах, трансформаторах тесла, электронных микроскопов и т.д.
                      0
                      только электроны текут от минуса к плюсу
                        +1
                        Да, но можно и так представлять, это же аналогия, ток-то течет от плюса к минусу.
                          0
                          Да это была с моей стороны просто придирка, я к корректности применения терминологии бываю весьма въедлив.
                          Я имею в виду: если мы уж говорим о каком-то условном направлении тока «от плюса к минусу», то и о носителях заряда лучше говорить о условных — положительных.
                    +2
                    При положительной полуволне напряжения ток протекает от фазы к активной нагрузке и от нагрузки возвращается обратно по земляному проводу. При отрицательной полуволне ток течет по земляному проводу и возвращается по фазному.

                    достаточно четырех: три фазы ABC и нулевой провод или же вовсе три фазы, отказавшись от земли.

                    Почему нельзя было использовать вместо «земляного провода» нормальное название? Или хотя бы не мешать вместе, как в трехфазной системе, а то тогда объяснить, как может существовать 4-проводная IT-система без земли не выйдет.
                      0
                      Зря вы так про «разное количество воды до и после дамбы».
                      Замените реку и дамбу на трубку разного сечения — и всё станет понятнее.
                      Эквивалент тока — объёмный расход жидкости. Сколько литров за секунду в один конец трубки залили, столько литров с другого конца и выльется, несмотря на разное сечение трубки по длине. С дамбой в установившемся режиме (то есть при неизменном уровне) — то же самое, сколько литров в водохранилище втекает, столько и вытекает (иначе уровень бы менялся). А если уровень меняется — это уже эффект конденсатора. В общем, для начальной аналогии, без реактивностей, образ «дамба» вносит лишнюю сущность.

                      А скорость течения — параметр, которому аналог так сходу и не подобрать. В аналогии начального уровня ему тоже не место.
                        +1
                        И насчёт «почему 3 фазы… Меньше нельзя, а больше и не нужно.»
                        — а почему нельзя? Можно и две. Были и двухфазные электросети, и до сих пор есть двухфазные электродвигатели. Вращение двигателя двумя фазами гарантируется не хуже.

                        Вот только проводов для таких сетей всё равно надо 4, и с большим сечением, чем для трехфазных. Есть вариант с 3 проводами, но общий все равно увеличенного сечения надо делать, из-за суммирования возвратных токов.

                        Так что трехфазные тупо выгоднее с точки зрения экономии материала проводов.
                          0
                          А в двухфазной системе как реверс двигателя делали? Или пусковая обмотка была?
                            +1
                            Реверсом выводов одной из обмоток.

                            Кстати, возможно таки использование одной обмотки чисто как пусковой — двигатель и на одной фазе может вращаться, только КПД ниже (плечо ЭМ силы, создающей момент, большую часть времени мало). Ну и без пусковой обмотки чисто на одной фазе он или не стартует, если в мёртвой точке застрял, или стартует в произвольную сторону. А после старта уже инерция играет. Как в одноцилиндровом двигателе, собственно.
                              +1
                              Вот пример включения такого двигателя в однофазную сеть, с искусственным формированием второй фазы конденсатором (как известно, переменный ток в конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов):
                              image
                              image
                            0
                            Мне в своё время очень доходчиво объяснили «на пальцах» что такое ток и что такое напряжение, очень похоже как в этой статье. Только в сравнение нужно было взять трубу с водой. Диаметр трубы — это напряжение. А давление и напор воды — это и есть ток. Если в узкой трубе пустить давление выше допустимого, то она лопнет, как и тонкий провод под завышенной нагрузкой.
                              +2
                              Ну не совсем верно. Ближе так: давление в точке трубы — потенциал, разность давлений — разность потенциалов/напряжение, количество воды протекающей через сечение трубы за единицу времени — ток, сечение трубы — сечение провода.
                              Увеличили давление в трубе выше определенных значений, порыв, т.е. выход воды в условно нулевое давление, увеличили напряжение, пробой изоляции, т.е. движение тока в условно нулевой потенциал.
                              0
                              Знак электробезопасности, указанный как КДПВ, называется «Осторожно! Электрическое напряжение.»
                              «Не влезай! Убьет.» это немного другой, предупреждающий плакат.
                                +6

                                Эту связь описывает закон Ома: $U=I/R$.


                                вроде U=I*R, или у меня криво отображается

                                  +2
                                  При проведении интервью c кандидатами на вакансию инженера по наладке и испытаниям, когда я сомневался в компетентности кандидата, то писал такое вот: P=I*U, U=I/R, P= I^2/R, и следил за реакцией претендента. :-)
                                    0
                                    И у кого-то с этим были проблемы?)
                                      +1
                                      Выпускников колледжей начинало «ломать», и они обычно сразу тыкали пальцем в знак деления. Выпускники ВУЗов начинали тактично писать свой вывод формулы. Но были и такие (к счастью, очень немногие) кто не замечал подвоха! :-(
                                  +5
                                  Как я «обожаю» такие статьи! Сначала автор рассказывает про унылость учебников, а потом сам выдает еще более унылую портянку текста с некачественными ч/б картинками из этих учебников.

                                  Пишет про неграмотность населения в области электроники, а сам делает ошибку в законе Ома… Серьезно?
                                    0
                                    О, Илья, я ждал твоего комментария!)
                                    Зная твой уровень, что скажешь по поводу аналогий с водой, как охарактеризовать электрический ток? Ампер это литр в сек, или что, твое мнение?

                                      0
                                      С аналогией все сложно на самом деле. Многие стараются упростить понимание тока (и часто работы транзистора) с помощью аналогий, но одним это идет на пользу, а других еще больше сбивает с толку. Проверено на студентах.

                                      Вода в трубе, кстати по физическому смыслу, достаточно близка к току в проводнике. В принципе сравнение весьма удачное, наверное самое адекватное что встречал. Его еще любили в учебниках для СУЗов в 70-80-х годах, а тогда еще знали «как надо учить технарей»))

                                      Единственное 1 литр воды я бы приравнял к 1 Кулону, а вот скорость «литры/в секунду по трубе» уже именно к току.
                                        –1
                                        Я сам во время обучения в техникуме, неоднократно думал об этом. Тут действительно сложно, т.к. литр в сек, это был бы кВт в ч., что явно не ток, измеряющийся в амперах. Ток может быть большим, а вот передаваемая при этом мощность — нет, ровно как и наоборот… Ампер, по аналогии с водой должен быть некой абстрактной величиной, количественно характеризующий величину потока, измеряющийся в неких мужиках.
                                        В этом плане получается не ясно что это такое — ток, поскольку большой ток в проводнике не означает что передается большое количество непосредственно электрической энергии, ибо мощность так же зависит от напряжения, что по сути является измеряемой характеристикой, но не явлением (процессом) как электрический ток.
                                        В общем, все эти сравнения воды и эл.тока очень натянуты, хотя при очень примитивных моделях можно найти некую аналогию, но не больше.
                                        Так что лучше сразу правильно вникать в ТОЭ, чем городить лабуду.
                                        Либо как в пословице: не электрик — не лезь.
                                          0
                                          Ага, ТОЭ достаточно понятная наука при условии, что есть кому нормально объяснить. На лабораторных на 1-м курсе обычно курс становится наиболее наглядным, т.к. примерно понятно что на что влияет и как оно выглядит.
                                            0
                                            кВт в ч.

                                            Это какая-то «скорость изменения мощности» получается.

                                            Количество энергии — киловатт умноженный на час.
                                            Собственно, мощность — это скорость потребления энергии.
                                            Ампер, по аналогии с водой должен быть некой абстрактной величиной, количественно характеризующий величину потока, измеряющийся в неких мужиках.

                                            Ну так он и характеризует величину потока зарядов (электронов, если в металле). Ток — это интенсивность перемещения электрического заряда. 1 А — это значит, что за секунду через сечение проводника проходит количество электронов общим зарядом в 1 Кл. Больше ток — переносится больше заряда за то же время.

                                            При этом как ни странно, сами заряды непосредственно энергии не переносят — заряды ведь движутся по кругу, сколько из источника вышло, столько и вернулось.
                                            Фишка в том, что потенциальная энергия некоего заряда (электрона или иона) пропорциональна произведению заряда на потенциал поля. Это общее свойство потенциальных полей — так же и в гравитационном поле энергия шарика с фиксированной массой зависит от высоты над источником гравитационного поля (E=mgh).

                                            И как шарик стремится уменьшить свою потенциальную энергию, падая вниз, так и заряды стремятся двигаться от высокого потенциала электрического поля к низкому. То есть для их движения нужен градиент потенциала, для чего в цепи и ставится источник ЭДС, который наподобие насоса, поднимающего воду, «поднимает» заряды от одного своего полюса к другому, увеличивая их потенциальную энергию в поле, создаваемом разностью этих же зарядов на полюсах источника. Если соединить полюса проводом, для зарядов создается путь «падения», на котором им не мешает эта самая электродвижущая сила источника. А теряют свою энергию они, раскачивая столкновениями атомы в кристаллической решетке провода и разогревая его (как и жидкость при вязком трении).
                                            И эта энергия выделяется на участке цепи, а не в одной точке.
                                            О энергии, проходящей через сечение можно говорить только в смысле «энергия, рассеиваемая на всём активном сопротивлении цепи после наблюдаемого сечения».
                                            А то что рассеиваемая энергия на участке цепи пропорциональна сопротивлению этого участка — ну так и падение потенциала так же пропорционально этому сопротивлению.

                                            Блин, неудобно всё-таки такую обширную тему в формате комментариев разжёвывать.

                                            Кстати, электрогидравлическая аналогия вполне покрывает довольно сложные модели, если использовать уравнения в дифференциальной форме.
                                              0
                                              Я прекрасно это знаю.
                                              Некоторое несоответствие возникает ввиду того, что в жизни мы пользуемся понятием «электроэнергия», при этом электрический ток != энергия.
                                              0
                                              Ампер — это как раз Кулон в секунду и есть.
                                                0
                                          0
                                          Отличная статья для начинающих радиолюбителей! Ждём продолжения…
                                            0
                                            Для тех, кто хочет разобраться в основах электроники, могу посоветовать книгу Гейтса (не того, Э. Гейтса) «Введение в электронику». В ней очень подробно все разжёвано. Меня в универе здорово выручила эта книга.
                                              +2
                                              Коллеги! Я призываю к осторожности в применении терминологии:
                                              Для переменного напряжения также необходимо два провода. Они называются фаза и земля.

                                              Правильней: «фаза» и «нейтраль» (он же «ноль») и при этом необходимо всегда помнить о том что «нейтраль» может быть «изолированной», и между ней и «землей» может быть хорошо бьющий током потенциал.
                                              Более подробно о всей цветущей сложности взаимоотношений «нейтрали» и «земли» можно прочитать в главе 1.7 ПУЭ «Заземление и защитные меры электробезопасности».
                                                0

                                                А я всегда думал, что сантехнические аналоги напряжения — давление (или разность давлений, например между атмосферой и водопроводом) тока — литры в минуту, а проводимости — сечение трубы.

                                                  0
                                                  «Чем больше напряжение, тем больше ток. Меньше напряжения – меньше ток», помоему наооборот, вроде бы по закону ома i=p/u. Вроде бы, берется большее напряжение, дабы уменьшить силу тока. Я как то представлял — напряжение диаметр трубы, а ток — давление воды в трубе. Например, нам надо прокачать, 100л воды за 1 мин по трубе. Одна труба у нас д10мм, вторая 20мм, длина одинаковая. Для того, чтобы прокачать нужный объем воды, давление в первой придется поднять в два раза…
                                                  Можно глянуть на видеокарты, при 1в может сосать под 200A, не представляю 200а при 220в, в домашних условиях.
                                                  Я не электрик, может чего то не допонял ;)
                                                    +1
                                                    У вас формула i=p/u для расчета мощности. При постоянной мощности, все так, как вы написали и будет. Если же на обычный резистор подать вдвое большее напряжение, потечет двое больший ток. Но здесь уже выделяемая мощность будет изменяться.
                                                      0
                                                      да, понял вы про теорию, чем и является закон ома. У меня в голове некие практические соображения, я не электрик повторюсь, просто знаю, что любой резистор имеет определенные ограничения по мощности, если мы будем поднимать, например, напряжение в цепи, ток действительно будет расти, но и рассеиваемое тепло от мощности u*I будет расти, и чем ближе мы будем подходить к ограничению мощности, сопротивление резистора, в зависимости от материала изготовления, будет изменятся в большую или меньшую сторону, со всеми вытекающими. Я не спорю, просто поясняю, где я возможно заблудился )))
                                                        0
                                                        Да, при повышении температуры сопротивление растет и в итоге зависимость становится нелинейной. Но на обратную она таким образом не сменится никогда: повышение напряжения на резисторе всегда будет приводить к повышению протекающего тока пока что-нибудь не перегорит.

                                                        Упомянутая же вами закономерность (P=UI=const) наблюдается в преобразователях напряжения. Если взять трансформатор, который понижает напряжение в 10 раз — то ток во вторичной обмотке у него будет в 10 раз выше первичного. Однако, тут тоже надо понимать, что речь идет о двух разных напряжениях и двух разных токах в один момент времени! Если у трансформатора входное напряжение поднять в два раза — то и протекающий ток поднимется в два раза. Ну, если цепь линейная.

                                                        Вот именно для такого эффекта чтобы увеличение напряжения приводило к уменьшению тока нужен преобразователь напряжения со стабилизацией, который будет автоматически подстраивать коэффициент преобразования для удержания фиксированного выходного напряжения. Например, компьютерный блок питания или зарядка для телефона.
                                                      0
                                                      Путаница в головах происходит от перестановки переменных в формулах без осознания физического смысла, а понимать физический смысл надо именно по изначальным вариантам формул. I=U/R, т.е. ток, который потечёт в проводнике, прямо пропорционален напряжению и т.д., при этом мощность, которая будет выделяться, равна P=UI. Если проводник резистор, то он в силу своих габаритов, внешних условий и т
                                                      д. может рассеять определенную тепловую мощность во внешнюю среду. Если мощность выделяемая протеканием тока превысит мощность которую резистор способен рассеять, то он сгорает.
                                                        0
                                                        C перестановкой и пониманием математическойго смысла у меня не было, что как бы и ведет к пониманию физического, а вот причинно-следственные связи у меня «перевернулись», U=IR — базис, P=UI — следствие/результат работы электрической цепи, как вы и сказали. Аригато, восполнил пробелы, особенная благодарность mayorovp, восполнил не один «пробел» =)
                                                      0
                                                      Только что подправьте закон Ома.
                                                        0
                                                        В физике, как науке о природе, во многих случаях прослеживается связь между различными средами и физическими величинами. В случае с взаимосвязью электричества и потока какой-либо другой среды (будь то газ или жидкость) аналогия вполне корректна. Первично электрический ток это поток частиц, так же как другая жидкость или газ. Более корректная аналогия(относительно примера выше про скорость потока): Напряжение ≡ Перепад_давления ( На_участке_трубопровода ≡ На_участке_цепи), при этом Сила_тока ≡ Расходу, а Масса ≡ Заряду. Параметры выше тождественны по своему поведению и взаимосвязи.
                                                        Еще более забавно, что некоторые электрические величины СИ преобразуются в абсолютные физические величины, например единица емкости — Фарад (система СИ) * Константа = сантиметр (СГСЭ).
                                                        P.S. Автору двойка. Ты здесь школьный курс физики за 8-10 класс хотел объяснить? кому? может смысл в чем-то другом но пока не понятно
                                                          0
                                                          Возможно в будущем объясню на пальцах как работает диод и транзистор, что такое стабилитрон, тиристор и другие элементы. Пишите, про что вам интересно почитать.

                                                          Про биполярный транзистор. Я перелопатил порядка 100 книжек, но даже у Свореня нет четкого объяснения. Везде один и тот же трындеж про диффузию и рекомбинацию, за которым не видно сути — как происходит усиление?
                                                          Хотелось бы увидеть суть в одной фразе.
                                                          Насколько я понимаю на данный момент, усилить ток можно либо увеличением количества носителей заряда, либо увеличением скорости носителей. Я долго думал что происходит первое, но похоже таки второе. Т.е. усиление тока происходит тупо потому, что напряжение на коллекторе больше напряжения на базе. Но это мои догадки.
                                                          И да, еще из книжек получается вывод, что коллекторным током на самом деле управляет эмиттерный. А базовый ток — это так, побочный эффект от конструкции транзистора. Хотелось бы тоже ясности.
                                                            0
                                                            Про транзистор напишу, сам долго доходил. Но есть мысли сначала про диод. Несколько недель заняла у меня текущая статья, поэтому прошу набраться терпения.
                                                              –1
                                                              если б коллекторным током управлял эмиттерный — была бы положительная обратная связь, поскольку коллекторный ток — часть эмиттерного.
                                                                0
                                                                А почему вы считаете что ее там нет?
                                                                  0
                                                                  Ну хотя бы потому, что она ни в одном читанном мной учебнике не описана.

                                                                  Если «ток коллектора управляется током эмиттера» то это очень сильная положительная связь, и транзистор открывался бы лавинообразно и не мог бы уже больше закрыться до снятия напряжения с коллектора.

                                                                  В реальном транзисторе присутствует некоторая отрицательная ОС за счет наличия сопротивления вывода эмиттера. Но это влияние тока эмиттера на ток базы через падение напряжения база-эмиттер, а не напрямую на ток коллектора.
                                                                    0

                                                                    Ну а в прослушанных мною лекциях такая связь была...


                                                                    Вот с ходу нагуглилось что-то по теме: http://dssp.petrsu.ru/book/chapter5/part7.shtml


                                                                    Коэффициент передачи эмиттерного тока α характеризует изменение коллекторного тока Iк при вызвавшем его изменении эмиттерного тока Iэ.

                                                                    Что же до лавинообразного закрытия — то его не происходит потому что коэффициент меньше 1.

                                                                      0
                                                                      Ну так-то всё взаимосвязано, изменение эмиттерного тока, конечно, приведет к изменению коллекторного — но тупо из-за того, что коллекторный — это и есть то, что осталось от эмиттерного за вычетом базового.
                                                                      Тут как в той дискуссии «что первично — ток или напряжение».

                                                                      Ну и базовый ток при этом тоже будет меняться и уже в свою очередь таки управлять транзистором.

                                                                      Вообще, принцип «малый ток управляет большим» и фраза «эмиттерный ток управляет коллекторным» не сочетаются, поскольку эмиттерный ток нифига не малый по сравнению с коллекторным, а наоборот, больше.
                                                                        0
                                                                        Есть схемы с общей базой. Там эмиттерный ток управляет коллекторным, но усиления по току не происходит, усиливается напряжение.
                                                                          0
                                                                          Это, скорее, применительно к каскаду.
                                                                  0
                                                                  Да, попробую получше сформулировать: базовый ток «создает» эмиттерный ток, если так можно выразиться) При отсутствии U коллектора токи равны, и малы по величине.
                                                                  Теперь, если подать U на коллектор, то эмиттерный поток носителей «перехватывается» и ускоряется коллектором за счет более высокого напряжения. Наверное так.

                                                                  Вообще, я сильно удивлен чрезмерной сложностью биполярного транзистора) В полевом идея гораздо проще, естественнее, и напрямую вытекает из школьного курса физики.
                                                                  Странно, что полевой изобрели гораздо позже.
                                                                    0
                                                                    Всё так
                                                                  0
                                                                  усиление тока происходит тупо потому, что напряжение на коллекторе больше напряжения на базе
                                                                  Ну так и есть, усиливается не ток в смысле энергии, а сигнал (изменения тока). Малые изменения тока базы вызывают большие изменения тока коллектора. Транзистор — не источник тока, это регулирующий элемент, вентиль. А как это получается там внутри — отдельный обширный разговор, я эту теорию сам совсем забыл за давностью лет и полной неиспользуемостью её в практике (для схемотехники достаточно рассмотрения транзистора как «черного ящика» с известными зависимостями выхода от входа).

                                                                  Можно приблизительно представить себе транзистор, как сопротивление, управляемое током базы. Сопротивление, конечно же, нелинейное, зависящее от напряжения на коллекторе.

                                                                  Если рассмотреть предельный случай — переключение между закрытым и открытым состояниями, то транзистор в этом смысле становится похож на реле, где подавая в обмотку небольшой ток, мы включаем замкнувшимися контактами гораздо больший.

                                                                  В обоих случаях, что для реле, что для транзистора, нужен источник этого большого тока.

                                                                    0
                                                                    Можно приблизительно представить себе транзистор, как сопротивление, управляемое током базы.

                                                                    Кстати, если я правильно понимаю, то эта аналогия гораздо больше подходит полевому транзистору — он именно это собой и представляет, т.е. ему, как и резистору, пофиг, сигналу какой величины «сопротивляться».
                                                                    Биполярный же не сможет быть «сопротивлением» например для звукового сигнала амплитудой в доли вольта, ему высокое U на коллекторе надо для нормальной работы.
                                                                      0
                                                                      Да, полевик еще больше похож на управляемое сопротивление — только не током, а напряжением на затворе.

                                                                      И ему тоже не совсем уж пофиг, просто границы линейности шире.
                                                                    0
                                                                    А насчет механизма, связанного с рекомбинацией, навскидку нашлось вот такое описание, довольно понятное, на мой взгляд, после некоторой правки:

                                                                    Для примера возьмем структуру NPN (PNP работает аналогично).

                                                                    В кристаллической решетке полупроводника P-типа (дырочная проводимость) имеется дефицит электронов, есть куча вакантных мест — потенциальных ям, которое электроны могут занять — «дырки».
                                                                    Полупроводник N-типа, наоборот, насыщен «лишними» электронами.

                                                                    В транзисторе концентрация электронов в области N (коллектор и эмиттер) значительно превышает концентрацию дырок в области P (база).

                                                                    Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером VCE. Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы:
                                                                    image
                                                                    Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером VBE, но значительно ниже чем VCE. Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

                                                                    В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.
                                                                    image
                                                                    В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру IBE, и большой — от коллектора к эмиттеру ICE.

                                                                    Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы IB, сильно меняется ток коллектора IС. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе.
                                                                      0

                                                                      Недостаток таких вот объяснений — в том, что они объясняют только один из трех способов подключения...

                                                                        0
                                                                        Это да, для остальных надо эти закономерности выкручивать под другим углом, притягивая сюда всё тех же Кирхгофа с Омом, и глядя, куда направлены поля в полупроводнике.
                                                                        Но в основном, картинка внутри самого транзистора сохраняется эта же, за исключением совсем экзотических включений. Меняются только свойства каскада в целом.
                                                                        0
                                                                        Вот моё любимое объяснение

                                                                          0

                                                                          Ура, наконец-то я понял, что означала фраза "транзистор работает за счет захвата коллектором основных носителей, инжектируемых эмиттером в базу", когда изучал электронику в институте.

                                                                        0

                                                                        и про второй закон Кирхгофа ничего не написано, как первый то применять то без второго?

                                                                          0
                                                                          Если считать напряжения и потенциалы — то достаточно первого закона и закона Ома.
                                                                            0

                                                                            Нет, не достаточно. Возьмите туже схему с тремя резисторами из приведенной статьи, с применением только первого закона Кирхгофа у Вас получится одно уравнение с тремя неизвестными токами.

                                                                              0
                                                                              А куда вы дели еще три уравнения соответствующие закону Ома? И еще три задающие ЭДС источника напряжения?
                                                                                0

                                                                                а что они дадут? еще три неизвестных напряжения?
                                                                                i1=i2+3 (1 закон Кирхгофа)
                                                                                далее по закону Ома:
                                                                                u1 = r1 i1
                                                                                u2 = r2
                                                                                i2
                                                                                u3 = r3 * i3
                                                                                из известных величин — r1, r2, r3 и эдс источника e (который вобще без 2 закона Кирхгофа непонятно зачем нужен).
                                                                                т.е. впринципе система не решаема, пока не добавим два уравнения по второму закону Кирхгофа:
                                                                                e=u1+u2
                                                                                e=u1+u3

                                                                                  0
                                                                                  e=u1+u2 — это не закон Кирхгофа, а определение источника напряжения.
                                                                                    0

                                                                                    да ну?
                                                                                    Второе правило Кирхгофа (правило напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур.
                                                                                    https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Правила_Кирхгофа

                                                                                      0
                                                                                      Нет никакого запрета двум формулам выглядеть одинаково в некотором частном случае, и на рисунке — как раз такой случай.
                                                                                        0

                                                                                        каким двум формулам? (на рисунке вобще вижу одну)
                                                                                        и что подразумевается под "определением источника напряжения"?

                                                                                          0
                                                                                          Напряжение равно разности потенциалов. Если потенциал отрицательного полюса источника принять за 0, то u2 будет потенциалом точки A, а e — потенциалом положительного полюса. Получаем u1 = e — u2, что то же самое что и e = u1 + u2.

                                                                                          Определение идеального источника напряжения (ну или его основное свойство, в зависимости от принятой аксиоматики) — напряжение между выходами всегда равно ЭДС.
                                                                                            0

                                                                                            Ну собсно что бы столько много букв не писать дядька Кирхгоф сформулировал второй закон — сумма падений напряжений по замкнутому контуру равна 0, на практике его применять проще.

                                                                                              0

                                                                                              Проще-то проще, но единственным этот способ от простоты не становится.


                                                                                              Кстати, кроме уравнений Кирхгофа существуют еще методы узловых потенциалов и контурных токов, и если второй легко выводится из правил Кирхгофа — то первый без потенциалов не вывести никак.

                                                                                                0

                                                                                                Все методы расчета электрических цепей базируются на двух законах Киргофа и законе Ома (аля три кита), и выводятся вобщем то из первых двух, для контурных токов — система уравнений составляется исходя из второго закона Кирхгофа, для узловых потенциалов — из первого.
                                                                                                По сути — уберите хоть один из законов и расчет электроцепи будет невозможен.
                                                                                                То что Вы называете второй закон Кирхгофа "определением источника напряжения" только вносит путаницу.

                                                                                                  0
                                                                                                  Покажите, пожалуйста, вывод метода узловых потенциалом из законов Кирхгофа…
                                                                                                    0

                                                                                                    Бессонов л.а. теоретические основы электротехники
                                                                                                    стр. 56

                                                                                                      0
                                                                                                      Там в выводе уравнений второй закон Киркгофа не используется. Только первый закон и закон Ома для неоднородного участка цепи.
                                                                                                        0

                                                                                                        а на основании какого закона записывается выражения для суммы падения напряжения? вроде как второй Кирхгоф.

                                                                                                          0
                                                                                                          О какой «сумме падения напряжения» речь? Там она не используется.

                                                                                                            0

                                                                                                            Вводимые в данном методе потенциалы узлов — это сумма падений напряжений на элементах контура. Второй закон Кирхгофа как раз и говорит как их считать.

                                                                                                              0
                                                                                                              Нет, потенциал узла — это базовое понятие. Напряжение определяется через него, а не наоборот.
                                                                                                                0
                                                                                                                Ох, какой спор… Я немного подредактировал статью, без второго закона Кирхгофа, поскольку он бы запутал все, но написал нечто близкое. Добавил:
                                                                                                                Например, напряжение которое выдает батарея, т.е. ее ЭДС, равно напряжению на резисторе R1 + напряжение на резисторе R2 или R3.
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Только надо учитывать, что выходное напряжение равно ЭДС лишь для идеальных источников напряжения…
                                                                                                                    0
                                                                                                                    усложним цепь:

                                                                                                                    и попробуем записать систему уравнений без второго закона Кирхгофа.
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Да без проблем :-)

                                                                                                                      φ1 * (1/R4 + 1/R6 + 1/R2) — φ2 / R6 — φ3 / R4 = E2 / R2
                                                                                                                      φ2 * (1/R6 + 1/R5 + 1/R1) — φ1 / R6 — φ3 / R5 = E1 / R1
                                                                                                                      φ3 * (1/R3 + 1/R4 + 1/R5) — φ1 / R4 — φ2 / R5 = E3 / R3
                                                                                                                        0

                                                                                                                        узловые потенциалы, ага.
                                                                                                                        а если хотя бы один из r1, r2 или r3 равен 0?

                                                                                                                          0
                                                                                                                          Но они же не равны 0…
                                                                                                                            0
                                                                                                                              0
                                                                                                                              К чему кстати долдоню про второй закон, повторюсь — в статье о нем ни слова, а тех данных что приводятся в статье (1-й закон и закон Ома) для решения цепей с более сложной топологией чем источник ЭДС и резистор не достаточно.
                                                                              0
                                                                              Амплитудное значение будет в корень из 2х раз выше и составит примерно 308в

                                                                              311 В будет чуть менее примерно)
                                                                                –1
                                                                                Вы меня извините, но: тот случай когда человек пишет статью пытаясь сам разобраться с темой но так и не понявший что это такое.

                                                                                На чем сильно спалился: в промышленной сети переменное не напряжение, а ток! Именно изменение направления тока ключевой фактор описывающий состояние электрической цепи, тогда как напряжение остается («пытается» в зависимости от нагрузки) быть константой.

                                                                                В каждом источнике есть условное «внутреннее сопротивление» которое делит их на две категории:
                                                                                -«источник тока», внутреннее сопротивление стремиться к бесконечности, так же как и ЭДС, в результате ток через нагрузку определяется отношением ЭДС к внутреннему сопротивлению, и в случае изменения сопротивления нагрузки (две, три, четыре… лампочки включили последовательно) ток через нагрузку остается константным значением, и лампочки горят с той же силой (но мир не идеален, и в реальности ток конечно падает, так как внутреннее сопротивление источника не бесконечно как и сам источник), при параллельном включении, ток будет делиться между двух ламп, и они будут светиться с меньшей мощностью;
                                                                                -«источник напряжения», внутреннее сопротивление стремиться к нулю, источник ЭДС равен или чуть выше нужного напряжения (зависит от внутреннего сопротивления), при последовательном включении, ток через цепь уменьшится, так как сопротивление нагрузки увеличится, а при параллельном ток от источника увеличится но напряжение будет стараться держаться на уровне (зависит от внутреннего сопротивления источника).

                                                                                Приведенная формула закона ома «I=U/R» известна как «формула для участка цепи», формула для полной цепи имеет следующий вид: «I=E/(R+r)»
                                                                                I — сила тока в цепи источника;
                                                                                E — ЭДС источника;
                                                                                R — сопротивление нагрузки;
                                                                                r — внутреннее сопротивление источника.

                                                                                Аналогию с водой применяют обычно как пример движения электронов по проводнику, в том плане что открыв кран с горячей водой, вода бежит сразу (скорость распространения тока приравнивается скорости света, но конкретный электрон в момент «создания» электрической цепи добирается только спустя какое-то время) но горячей стает только спустя некоторое время.
                                                                                Все характеристики цепи (ток/напряжение) с трубами сравнить сложно, дело в том что через маленькую трубу вода будет двигаться быстро (при большой разнице давлений), но объемы будут маленькие, в то время как объем протекающей воды больше похож на мощность (P=UI), тогда ток будет описываться «сложной» формулой включающей в себя: разницу давления, диаметр трубы и объем «протекающей жидкости». Короче, пример с водой поясняет только движение проводника в трубе.

                                                                                Тоже задумываюсь над статьей про электричество, а то «сеть переменного напряжения» уже коробит неоднократно.
                                                                                  +1
                                                                                  Переменными являются и напряжение, и ток. Только не надо путать мгновенное значение (которое колеблется с частотой 50Гц) и действующее значение (которое в случае напряжения пытаются держать на уровне 220В).
                                                                                    0
                                                                                    Ну так и к току тоже можно применить понятие «действующее значение».
                                                                                    Впрочем, как и для любой периодической величины.
                                                                                      0
                                                                                      А где я утверждал обратное?
                                                                                        0
                                                                                        упс, не сразу понял
                                                                                      –1
                                                                                      Вот когда «действующее» значение напряжения будет меняться от времени, а не от нагрузки, тогда будет «промышленная сеть переменного напряжения», а сейчас это «промышленная сеть переменного тока».
                                                                                      Банально погуглите оба значения, и посмотрите где чаще встречается то или иное значение.
                                                                                        +1
                                                                                        Вы так пишите как будто ток от нагрузки не меняется! Кстати, вам самому бы погуглить не помешало.
                                                                                          –1
                                                                                          Напряжение по сути «модульная» величина, она показывает разницу потенциалов и определяет скорость движения электронов, тогда как ток является векторным.
                                                                                          Вы рассматриваете только одну фазу вырвав ее из контекста и не наблюдая полную картину. Если сложить три фазы то получите картинку с пульсирующим напряжением, в каждой из фаз которой меняется направление тока, при этом если взять в качестве примера 1000-5000 фазную систему, то пульсации напряжения будут стремиться к прямой. Систему с «переменным напряжением» можно назвать такую систему, где значение потенциала будет меняться от 0 до до заданного значения. Рассматривая одну фазу можно увидеть что основным фактором влияющим на изменение «напряжения» является изменения тока, который пробегая через нулевое значение обнуляет мгновенное значение напряжения. Таже википедия указанная в статье как источник говорит:
                                                                                          Большинство крупных источников электроэнергии — электростанции — построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи силовых трансформаторов, что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока.

                                                                                          Таким образом могу сказать что вы состоите в секте «сети переменного напряжения», и больше ничем не смогу вам помочь.
                                                                                          Хотя по сути вся эта наша бойня хорошо показывается в фильме «Огонь, вода и… медные трубы», когда философы спорили о конечности или бесконечности палки.
                                                                                            0
                                                                                            Ток по сути «модульная» величина, он показывает скорость движения электронов и определяет разницу потенциалов, тогда как напряжение является векторным.
                                                                                            Вы рассматриваете только одну фазу вырвав ее из контекста и не наблюдая полную картину. Если сложить три фазы то получите картинку с пульсирующим током, в каждой из фаз которой меняется направление напряжения, при этом если взять в качестве примера 1000-5000 фазную систему, то пульсации тока будут стремиться к прямой. Систему с «переменным током» можно назвать такую систему, где значение потенциала будет меняться от 0 до до заданного значения. Рассматривая одну фазу можно увидеть что основным фактором влияющим на изменение «тока» является изменения напряжения, которое пробегая через нулевое значение обнуляет мгновенное значение тока.

                                                                                            Таким образом могу сказать что вы состоите в секте «сети переменного тока», и больше ничем не смогу вам помочь.
                                                                                              0
                                                                                              Напряжение — тоже вектор. Разность ведь может быть и отрицательной.
                                                                                              И вообще, напряжение в электрической цепи — это частный случай напряженности электрического поля в пространстве, а это вполне векторное поле.
                                                                                            0
                                                                                            Вы просто не понимаете что имеется ввиду под переменным и постоянным током/напряжением.
                                                                                          0
                                                                                          На чем сильно спалился: в промышленной сети переменное не напряжение, а ток! Именно изменение направления тока ключевой фактор описывающий состояние электрической цепи, тогда как напряжение остается («пытается» в зависимости от нагрузки) быть константой.

                                                                                          Ой да ладно, что уж там. У нас в промышленности сеть — это вон тот толстый четырехжильный кабель толщиной в руку.
                                                                                          А если без сарказма. Именно напряжением характеризуется сеть. Ток может принимать причудливые формы и зависит от нагрузки.
                                                                                            0
                                                                                            В свое время, условную войну между Эдисоном и Теслой назвали «войной токов» («War of Currents»), а не напряжений. Собственно Эдисон уступил в ней потому, что по тем временам не было в принципе преобразователей для постоянного тока, которые бы увеличивали напряжение для передачи мощности, тогда как трансформатор для переменного тока (одна и более катушки провода на магнитном сердечнике) имеет КПД до 99% на согласованной нагрузке (пока далековато современным преобразователям до такого значения КПД).
                                                                                            В одном устройстве может быть несколько источников питания разного типа, включая встроенный преобразователь. Сам источник ЭДС как таковой, создает «разность потенциалов», однако не гарантирует протекание тока (нет нагрузки, нет тока), и в основном отвечает за мощность которую может использовать «нагрузка». Соглашусь что полярность «напряжения» создает предпосылку для направления тока, однако хороший «дроссель» может вам испортить картину тем, что напряжение одной полярности, а ток течет в другую сторону.
                                                                                            В то время когда я учился, электрические цепи характеризовались именно формой протекающего тока («постоянный», «импульсный», «пульсирующий», «переменный», «произвольной формы», «пилообразной формы» и т.д. токи). С тех пор конечно может что то и изменилось, может напряжение измеряют уже «напряжёметром», а не вольтметром.
                                                                                              0
                                                                                              А что измеряет обычный потребительский вольтметр в, скажем, бытовой розетке? Какую величину?
                                                                                                –2
                                                                                                Если взять за основу обычный потребительский вольтметр на основе «гальванометра», то вы не поверите, он измеряет протекающий ток через сопротивление известной величины, с предварительно «выпрямленным» током, иначе стрелка будет «гудеть» в районе 0 (среднее значение напряжения). Если брать цифровые «мыльницы», то в них тоже сравниваются «токи», и тоже используется «выпрямитель» на входе.
                                                                                                Спорить можно бесконечно, я останусь при своем мнении, вы при своем. Мое мнение таково:
                                                                                                -если мгновенное напряжение измеренное и по модулю всегда равняется тогда это «переменное напряжение»;
                                                                                                -если мгновенное напряжение измеренное и по модулю равняется только в определенные периоды, тогда это «переменный ток»;
                                                                                                -если у вас получилось «отрицательное напряжение», значит вы перепутали полярность прибора.
                                                                                                PS. И да, я прекрасно понимаю что направление тока зависит от полярности приложенного напряжения, но амплитуда его не меняется.
                                                                                                  0
                                                                                                  Не, в цифровых измеряется (то есть подается на вход АЦП) как раз напряжение после делителя.
                                                                                                  Точнее — падение напряжения на нижнем плече делителя, создаваемое током, протекающим через суммарное сопротивление всего делителя под действием входного напряжения.

                                                                                                  Ток через ножку микросхемы-измерителя почти не течет из-за высокого входного сопротивления.

                                                                                                    0
                                                                                                    Прошу прощения, неправильно сформулировал вопрос. Что является результатом измерений вольтметра в бытовой розетке? Что означает это число.
                                                                                                    если у вас получилось «отрицательное напряжение», значит вы перепутали полярность прибора.

                                                                                                    Я правильно понимаю, что если я в розетку вставлю мои щупы наоборот, то вместо 230 В получу -230В?
                                                                                                      0
                                                                                                      И вольтметр переменного тока (звучит как оксюморон, да) и амперметр — показывают некое «действующее значение» — что есть величина постоянного напряжения/тока, выполняющего такую же работу, что и измеряемая переменная величина. Оно же «среднеквадратическое» — вычисляется в общем случае как корень из интеграла от функции квадрата мгновенного значения, делённого на длительность интервала интегрирования (обычно для периодических функций интервал берется равный периоду).

                                                                                                      Частные упрощённые формулы связи действующего значения с амплитудным зависят от формы графика изменения мгновенного значения от времени — для синусоиды это амплитудное, делённое на корень из двух.
                                                                                                        +1
                                                                                                        вольтметр переменного тока (звучит как оксюморон, да)

                                                                                                        Почему это стало оксюмороном? Он измеряет то, что нужно знать по определению действующего значения переменного напряжения.
                                                                                                          +1
                                                                                                          Я же сказал «звучит как», а не «является оксюмороном».

                                                                                                          «Вольтметр тока» звучит как оксюморон, потому что вольтметр таки измеряет напряжение, а не ток. И если мы измеряем напряжение — не факт, что нас волнует ток. Если бы хотели знать ток в какой-то цепи — воткнули б амперметр в разрыв цепи.

                                                                                                          Вот, например, я отслеживаю напряжение в сети на предмет выхода за границы, оговоренные стандартом — какой-такой ток я хочу знать?
                                                                                                          Или проверяю напряжение на аккумуляторе вольтметром постоянного тока — какой ток меня должен волновать в этот момент?

                                                                                                          Да, в некоторых разновидностях вольтметров отклонение стрелки формируется именно током, протекающим через вольтметр, пропорциональным измеряемому напряжению. Но не во всех же такой принцип задействован.

                                                                                                          И ведь просто «вольтметр тока» почему-то не говорят, когда имеют в виду вольтметр вообще, без уточнения — постоянного/переменного.

                                                                                                          Но так уж сложилось, что если уж приходится уточнять, то классификацию проводят по току — сеть постоянного/переменного тока, напряжение постоянного/переменного тока.

                                                                                                          Отсюда и «прибор для измерения напряжения постоянного/переменного тока», ага.
                                                                                                            0
                                                                                                            Я за всю свою жизнь не слышал, чтобы кто-то использовал определение «прибор для измерения напряжения постоянного/переменного тока», там явно не хватает в таком случае слова «в сети».
                                                                                                            Выше я как-то упустил (само вставилось при чтении), что «вольтметр переменного тока» вместо «вольтметр для сети переменного тока».
                                                                                                              0
                                                                                                              Да, вот так развёрнуто «прибор для измерения напряжения постоянного/переменного тока» не именуют. Именуют просто «вольтметр постоянного/переменного тока». Но вольтметр = «прибор для измерения напряжения». И выражение «напряжение постоянного/переменного тока» тоже в ходу.

                                                                                                              «вольтметр переменного тока» вместо «вольтметр для сети переменного тока»
                                                                                                              Не буду приводить ссылки на разные каталоги, процитирую сразу ГОСТ 15094:

                                                                                                              Классификация предусматривает следующие подгруппы и виды приборов.
                                                                                                              В—приборы для измерения напряжения:
                                                                                                              В2 — вольтметры постоянного тока
                                                                                                              В3 — вольтметры переменного тока
                                                                                                              В4 — вольтметры импульсного тока

                                                                                                              не хватает в таком случае слова «в сети».
                                                                                                              Зачем? Не всякая электрическая цепь является сетью.
                                                                                                              Например, генератор на холостом ходу, с вольтметром для контроля выходного напряжения — каким боком это сеть? Для минимальной сети помимо источника, нужен еще потребитель энергии и кабель до него.

                                                                                                                0
                                                                                                                ГОСТ 15094

                                                                                                                Похоже у нас в университете (и работал я потом с выпускниками в основном) предпочитали более четкие определения и чем-то не устраивало ГОСТовское. В наименованиях был не прав, признаю.
                                                                                                        –1
                                                                                                        Я правильно понимаю, что если я в розетку вставлю мои щупы наоборот, то вместо 230 В получу -230В?

                                                                                                        Напряжение — тоже вектор. Разность ведь может быть и отрицательной.

                                                                                                        Это у него спрашивайте.
                                                                                                          +1
                                                                                                          Это у него спрашивайте.

                                                                                                          Вы сами написали, что
                                                                                                          если у вас получилось «отрицательное напряжение», значит вы перепутали полярность прибора.

                                                                                                          Вот мне и интересно, как вы бытовой розетке получить отрицательное напряжение. То, что написал автор выше касается представления фазоров, а не показаний приборов.
                                                                                                    0
                                                                                                    напряжение одной полярности, а ток течет в другую сторону

                                                                                                    Стоит уточнить — в данном случае лучше говорить о «мгновенной полярности».
                                                                                                      0
                                                                                                      так.
                                                                                                      Постоянный ток / постоянное напряжение — означает, что мгновенное значение постоянно в течение всего времени наблюдения.

                                                                                                      Слово «переменный» применяется в двух смыслах — в широком «мгновенное значение меняется со временем», и в узком «меняется знак значения» (хотя более точно в этом случае употреблять термин «знакопеременный»).
                                                                                                      Знакопеременная симметричная синусоида — всего лишь частный случай, но поскольку наиболее часто встречающийся, то за ним и закрепилась ассоциация «в народном сознании» — наподобие тому, как все копировальные аппараты стали называть «ксероксами» (что вообще-то неправильно по сути).
                                                                                                        –1
                                                                                                        Постоянный ток / постоянное напряжение — означает, что мгновенное значение постоянно в течение всего времени наблюдения.

                                                                                                        Мы живем в мире где очень сложно найти «идеального сферического коня в вакууме». В любой электрической цепи имеются тепловые шумы проводников (кроме разве что замороженных сверхпроводников) и внешних электромагнитных наводок. Согласно вашего определения, если мгновенное значение тока/напряжения меняется в процессе наблюдения, значит все электрические цепи являются цепью переменного тока/напряжения, тем более цепь с двигателем на котором меняется нагрузка.
                                                                                                          +1
                                                                                                          есть такой анекдот:
                                                                                                          Математик и инженер принимают участие в психологическом эксперименте.
                                                                                                          Их посадили в с одной стороны комнаты и они ждут, не подозревая, что случится потом.
                                                                                                          Дверь открывается и в комнату входит обнажённая женщина и встаёт вдали
                                                                                                          от них. Испытуемых предупреждают, что каждый раз, когда они слышат
                                                                                                          сигнал — они могут пересечь половину расстояния, оставшегося до женщины.
                                                                                                          Тут же они слышат сигнал, инженер одним прыжком преодолевает половину
                                                                                                          расстояния, а математик, со скучающим видом остаётся сидеть. Когда и после второго сигнала математик не шевельнулся, его спросили, почему он не бежит.
                                                                                                          — Это от того, что я знаю, что никогда не достигну женщину.

                                                                                                          Инженер на тот же вопрос ответил так:
                                                                                                          — Потому что я знаю, что уже очень скоро я буду достаточно близок для любого практического применения!

                                                                                                          Так вот, все эти «теоретические» закономерности в реале действуют именно «с точностью, достаточной для практического применения». Но классификация проводится именно по «чистым» проявлениям, для «коней сферических в вакууме» — иначе просто невозможно.

                                                                                                          Согласно вашего определения
                                                                                                          А это не моё определение, оно из учебников и стандартов:
                                                                                                          Постоянный (электрический) ток — Электрический ток, не изменяющийся во времени. Переменный (электрический) ток — Электрический ток, изменяющийся во времени.
                                                                                                          Примечание — Аналогично определяют электрическое напряжение, электродвижущую силу, магнитный поток и т.д.
                                                                                                          ГОСТ Р 52002-2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий, пп.2.228, 2.229


                                                                                                          И кстати, если у двигателя меняется нагрузка, а следовательно и сопротивление двигателя — то цепь уже нельзя считать цепью постоянного тока.
                                                                                                  0
                                                                                                  > Здесь показан график напряжения 3-х фазной сети 380в по времени. Как видно из рисунка, все тоже самое, что и с однофазной сетью, только напряжений стало больше. 380в – это так называемое линейное напряжение сети...

                                                                                                  Тут точно 380? Не 308?
                                                                                                    0
                                                                                                    Линейное, между фазами, 380 В (если 220 В между фазой и нейтралью) и это действующее напряжение.

                                                                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                  Самое читаемое