Η ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς και μας περιβάλλει σχεδόν παντού. Η ηλεκτρική ενέργεια καθιστά δυνατή την απόκτηση ασφαλούς φωτισμού στο σπίτι και στην εργασία, το βράσιμο νερού, το μαγείρεμα φαγητού και την εργασία σε υπολογιστές και μηχανές. Ταυτόχρονα, πρέπει να ξέρετε πώς να χειρίζεστε την ηλεκτρική ενέργεια, διαφορετικά μπορεί όχι μόνο να τραυματιστείτε, αλλά και να προκαλέσετε ζημιές σε περιουσίες. Πώς να τοποθετήσετε σωστά την καλωδίωση και να οργανώσετε την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε αντικείμενα μελετάται από μια τέτοια επιστήμη όπως η ηλεκτροτεχνική.

Έννοια ηλεκτρικής ενέργειας

Όλες οι ουσίες αποτελούνται από μόρια, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από άτομα. Ένα άτομο έχει πυρήνα και θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (πρωτόνια και ηλεκτρόνια) που κινούνται γύρω του. Όταν δύο υλικά βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο, προκύπτει μια διαφορά δυναμικού μεταξύ τους (τα άτομα μιας ουσίας έχουν πάντα λιγότερα ηλεκτρόνια από την άλλη), γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση ηλεκτρικού φορτίου - τα ηλεκτρόνια αρχίζουν να μετακινούνται από το ένα υλικό στο άλλο . Έτσι δημιουργείται η ηλεκτρική ενέργεια. Με άλλα λόγια, η ηλεκτρική ενέργεια είναι η ενέργεια που προκύπτει από τη μετακίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων από τη μια ουσία στην άλλη.

Η ταχύτητα κίνησης μπορεί να διαφέρει. Για να εξασφαλιστεί ότι η κίνηση είναι στη σωστή κατεύθυνση και στη σωστή ταχύτητα, χρησιμοποιούνται αγωγοί. Εάν η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού πραγματοποιείται προς μία μόνο κατεύθυνση, ένα τέτοιο ρεύμα ονομάζεται σταθερό. Εάν η κατεύθυνση της κίνησης αλλάζει με μια συγκεκριμένη συχνότητα, τότε το ρεύμα θα είναι εναλλασσόμενο. Η πιο διάσημη και απλή πηγή συνεχούς ρεύματος είναι μια μπαταρία ή μπαταρία αυτοκινήτου. Το εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται ενεργά στα νοικοκυριά και τη βιομηχανία. Σχεδόν όλες οι συσκευές και ο εξοπλισμός λειτουργούν σε αυτό.

Τι σπουδάζει ηλεκτρολόγος μηχανικός;

Αυτή η επιστήμη γνωρίζει σχεδόν τα πάντα για τον ηλεκτρισμό. Είναι απαραίτητο να το σπουδάσει όποιος θέλει να αποκτήσει δίπλωμα ή προσόντα ηλεκτρολόγου. Στα περισσότερα εκπαιδευτικά ιδρύματα, το μάθημα στο οποίο μελετάται οτιδήποτε σχετίζεται με τον ηλεκτρισμό ονομάζεται «Θεωρητικά θεμέλια Ηλεκτρολόγων Μηχανικών» ή, συντομογραφία TOE.

Αυτή η επιστήμη αναπτύχθηκε τον 19ο αιώνα, όταν εφευρέθηκε μια πηγή συνεχούς ρεύματος και κατέστη δυνατή η κατασκευή ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Η Ηλεκτρολογία έλαβε περαιτέρω ανάπτυξη στη διαδικασία νέων ανακαλύψεων στον τομέα της φυσικής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Για να κατακτήσετε την επιστήμη χωρίς προβλήματα αυτήν τη στιγμή, είναι απαραίτητο να έχετε γνώσεις όχι μόνο στον τομέα της φυσικής, αλλά και της χημείας και των μαθηματικών.

Αρχικά, στο μάθημα TOE μελετώνται τα βασικά του ηλεκτρισμού, δίνεται ο ορισμός του ρεύματος, διερευνώνται οι ιδιότητες, τα χαρακτηριστικά και οι τομείς εφαρμογής του. Στη συνέχεια μελετώνται τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και οι δυνατότητες πρακτικής χρήσης τους. Το μάθημα συνήθως τελειώνει με τη μελέτη συσκευών που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια.

Για να κατανοήσετε τον ηλεκτρισμό, δεν χρειάζεται να πάτε σε ανώτερο ή δευτεροβάθμιο εκπαιδευτικό ίδρυμα· αρκεί να χρησιμοποιήσετε ένα εγχειρίδιο αυτο-εκπαίδευσης ή να παρακολουθήσετε μαθήματα βίντεο "για ανδρείκελα". Οι γνώσεις που αποκτήθηκαν είναι αρκετές για να ασχοληθείτε με την καλωδίωση, να αντικαταστήσετε έναν λαμπτήρα ή να κρεμάσετε έναν πολυέλαιο στο σπίτι. Αλλά, εάν σκοπεύετε να εργαστείτε επαγγελματικά με την ηλεκτρική ενέργεια (για παράδειγμα, ως ηλεκτρολόγος ή μηχανικός ηλεκτρικής ενέργειας), τότε η κατάλληλη εκπαίδευση θα είναι υποχρεωτική. Σας επιτρέπει να λάβετε ειδική άδεια για εργασία με όργανα και συσκευές που λειτουργούν από τρέχουσα πηγή.

Βασικές έννοιες ηλεκτρολόγων μηχανικών

Όταν μαθαίνετε ηλεκτρική ενέργεια για αρχάριους, το κύριο πράγμα είναι– κατανοούν τρεις βασικούς όρους:

• Δύναμη ρεύματος;
• Τάση;
• Αντίσταση.

Η ένταση ρεύματος αναφέρεται στην ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου που ρέει μέσω ενός αγωγού με μια ορισμένη διατομή ανά μονάδα χρόνου. Με άλλα λόγια, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που έχουν μετακινηθεί από το ένα άκρο ενός αγωγού στο άλλο με την πάροδο του χρόνου. Η τρέχουσα δύναμη είναι η πιο επικίνδυνη για τη ζωή και την υγεία του ανθρώπου. Εάν πιάσετε ένα γυμνό καλώδιο (και ένα άτομο είναι επίσης αγωγός), τότε τα ηλεκτρόνια θα περάσουν από αυτό. Όσο περισσότερα από αυτά περάσουν, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ζημιά, αφού καθώς κινούνται παράγουν θερμότητα και πυροδοτούν διάφορες χημικές αντιδράσεις.

Ωστόσο, για να ρέει ρεύμα μέσω των αγωγών, πρέπει να υπάρχει διαφορά τάσης ή δυναμικού μεταξύ του ενός άκρου του αγωγού και του άλλου. Επιπλέον, πρέπει να είναι σταθερή ώστε να μην σταματά η κίνηση των ηλεκτρονίων. Για να γίνει αυτό, το ηλεκτρικό κύκλωμα πρέπει να είναι κλειστό και στο ένα άκρο του κυκλώματος πρέπει να τοποθετηθεί μια πηγή ρεύματος, η οποία εξασφαλίζει τη συνεχή κίνηση των ηλεκτρονίων στο κύκλωμα.

Η αντίσταση είναι ένα φυσικό χαρακτηριστικό ενός αγωγού, η ικανότητά του να άγει ηλεκτρόνια. Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση του αγωγού, τόσο περισσότερα ηλεκτρόνια θα διέρχονται από αυτόν ανά μονάδα χρόνου, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα. Η υψηλή αντίσταση, αντίθετα, μειώνει τη ροή του ρεύματος, αλλά προκαλεί τη θέρμανση του αγωγού (αν η τάση είναι αρκετά υψηλή), γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά.

Η επιλογή των βέλτιστων σχέσεων μεταξύ τάσης, αντίστασης και ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα της ηλεκτρικής μηχανικής.

Ηλεκτρολογία και ηλεκτρομηχανική

Η Ηλεκτρομηχανική είναι κλάδος της Ηλεκτρολογίας. Μελετά τις αρχές λειτουργίας συσκευών και εξοπλισμού που λειτουργούν από πηγή ηλεκτρικού ρεύματος. Μελετώντας τα βασικά της ηλεκτρομηχανικής, μπορείτε να μάθετε πώς να επισκευάζετε διάφορους εξοπλισμούς ή ακόμα και να τον σχεδιάζετε.

Ως μέρος των μαθημάτων στην ηλεκτρομηχανική, κατά κανόνα, μελετώνται οι κανόνες για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια (πώς λειτουργεί ένας ηλεκτροκινητήρας, οι αρχές λειτουργίας οποιασδήποτε μηχανής κ.λπ.). Μελετάται επίσης αντίστροφες διεργασίες, ειδικότερα, οι αρχές λειτουργίας των μετασχηματιστών και των γεννητριών ρεύματος.

Έτσι, χωρίς να κατανοήσουμε πώς συντίθενται τα ηλεκτρικά κυκλώματα, τις αρχές της λειτουργίας τους και άλλα ζητήματα που μελετά η ηλεκτρολογία, είναι αδύνατο να κατακτήσουμε την ηλεκτρομηχανική. Από την άλλη πλευρά, η ηλεκτρομηχανική είναι ένας πιο σύνθετος κλάδος και έχει εφαρμοσμένο χαρακτήρα, αφού τα αποτελέσματα της μελέτης της χρησιμοποιούνται άμεσα στο σχεδιασμό και την επισκευή μηχανημάτων, εξοπλισμού και διαφόρων ηλεκτρικών συσκευών.

Ασφάλεια και Πρακτική

Κατά τον έλεγχο ενός μαθήματος ηλεκτρολογικής μηχανικής για αρχάριους, είναι απαραίτητο να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή σε θέματα ασφάλειας, καθώς η μη συμμόρφωση με ορισμένους κανόνες μπορεί να οδηγήσει σε τραγικές συνέπειες.

Ο πρώτος κανόνας που πρέπει να ακολουθήσετε είναι να διαβάσετε τις οδηγίες. Όλες οι ηλεκτρικές συσκευές έχουν πάντα μια ενότητα στο εγχειρίδιο οδηγιών τους που ασχολείται με θέματα ασφάλειας.

Ο δεύτερος κανόνας είναι η παρακολούθηση της κατάστασης της μόνωσης του αγωγού. Όλα τα καλώδια πρέπει να καλύπτονται με ειδικά υλικά που δεν μεταδίδουν ηλεκτρισμό (διηλεκτρικά). Εάν το μονωτικό στρώμα έχει καταστραφεί, πρώτα απ 'όλα θα πρέπει να αποκατασταθεί, διαφορετικά μπορεί να προκληθεί βλάβη στην υγεία. Επιπλέον, για λόγους ασφαλείας, η εργασία με καλώδια και ηλεκτρικό εξοπλισμό θα πρέπει να γίνεται μόνο με ειδικά ρούχα που δεν μεταδίδουν ηλεκτρισμό (λαστιχένια γάντια και διηλεκτρικές μπότες).

Ο τρίτος κανόνας είναι να χρησιμοποιείτε μόνο ειδικές συσκευές για τη διάγνωση των παραμέτρων του ηλεκτρικού δικτύου. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να το κάνετε αυτό με γυμνά χέρια ή να το δοκιμάσετε στη γλώσσα σας.

Σημείωση!Η παραμέληση αυτών των βασικών κανόνων είναι η κύρια αιτία τραυματισμών και ατυχημάτων στην εργασία ηλεκτρολόγων και ηλεκτρολόγων.

Για να αποκτήσετε μια αρχική κατανόηση της ηλεκτρικής ενέργειας και των αρχών λειτουργίας των συσκευών που την χρησιμοποιούν, συνιστάται να παρακολουθήσετε ένα ειδικό μάθημα ή να μελετήσετε το εγχειρίδιο "Ηλεκτρολογία για αρχάριους". Τέτοια υλικά έχουν σχεδιαστεί ειδικά για όσους προσπαθούν να κυριαρχήσουν αυτή την επιστήμη από το μηδέν και να αποκτήσουν τις απαραίτητες δεξιότητες για την εργασία με ηλεκτρικό εξοπλισμό στο σπίτι.

Το εγχειρίδιο και τα μαθήματα βίντεο εξηγούν λεπτομερώς πώς είναι δομημένο ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, τι είναι η φάση και τι είναι το μηδέν, πώς διαφέρει η αντίσταση από την τάση και το ρεύμα κ.λπ. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στις προφυλάξεις ασφαλείας για την αποφυγή τραυματισμών κατά την εργασία με ηλεκτρικές συσκευές.

Φυσικά, η μελέτη μαθημάτων ή η ανάγνωση εγχειριδίων δεν θα σας επιτρέψει να γίνετε επαγγελματίας ηλεκτρολόγος ή ηλεκτρολόγος, αλλά θα είστε αρκετά ικανοί να λύσετε τα περισσότερα καθημερινά ζητήματα με βάση τα αποτελέσματα της γνώσης του υλικού. Για επαγγελματική εργασία χρειάζεται ήδη να αποκτήσετε ειδική άδεια και να έχετε εξειδικευμένη εκπαίδευση. Χωρίς αυτό, διάφορες οδηγίες σας απαγορεύουν να εκτελέσετε τα εργασιακά σας καθήκοντα. Εάν μια επιχείρηση επιτρέψει σε ένα άτομο χωρίς την απαραίτητη εκπαίδευση να εργαστεί με ηλεκτρικό εξοπλισμό και τραυματιστεί, ο διευθυντής θα υποστεί σοβαρή τιμωρία, ακόμη και ποινική.

βίντεο

Πολύ λίγοι άνθρωποι κατανοούν την ουσία του ηλεκτρισμού. Έννοιες όπως «ηλεκτρικό ρεύμα», «τάση», «φάση» και «μηδέν» είναι ένα σκοτεινό δάσος για τους περισσότερους, αν και τις συναντάμε καθημερινά. Ας πάρουμε έναν κόκκο χρήσιμης γνώσης και ας καταλάβουμε ποια φάση και το μηδέν είναι στον ηλεκτρισμό. Για να διδάξουμε τον ηλεκτρισμό από την αρχή, πρέπει να κατανοήσουμε τις θεμελιώδεις έννοιες. Μας ενδιαφέρει πρωτίστως το ηλεκτρικό ρεύμα και το ηλεκτρικό φορτίο.

Ηλεκτρικό ρεύμα και ηλεκτρικό φορτίο

Ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα φυσικό βαθμωτό μέγεθος που καθορίζει την ικανότητα των σωμάτων να αποτελούν πηγή ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Ο φορέας του μικρότερου ή στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου είναι το ηλεκτρόνιο. Το φορτίο του είναι περίπου -1,6 έως 10 στη μείον δέκατη ένατη δύναμη του Coulomb.

Το φορτίο ηλεκτρονίων είναι το ελάχιστο ηλεκτρικό φορτίο (κβαντικό, τμήμα φορτίου) που εμφανίζεται στη φύση σε ελεύθερα, μακρόβια σωματίδια.

Οι χρεώσεις χωρίζονται συμβατικά σε θετικές και αρνητικές. Για παράδειγμα, αν τρίψουμε ένα ραβδί εβονίτη στο μαλλί, αυτό θα αποκτήσει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο (υπερβολικά ηλεκτρόνια που αιχμαλωτίστηκαν από τα άτομα του ραβδιού κατά την επαφή με το μαλλί).

Ο στατικός ηλεκτρισμός στα μαλλιά έχει την ίδια φύση, μόνο που σε αυτή την περίπτωση το φορτίο είναι θετικό (η τρίχα χάνει ηλεκτρόνια).

Ο κύριος τύπος εναλλασσόμενου ρεύματος είναι ημιτονοειδές ρεύμα . Αυτό είναι ένα ρεύμα που αρχικά αυξάνεται προς μία κατεύθυνση, φτάνει στο μέγιστο (πλάτος), αρχίζει να μειώνεται, κάποια στιγμή γίνεται ίσο με το μηδέν και αυξάνεται ξανά, αλλά σε διαφορετική κατεύθυνση.

Απευθείας για τη μυστηριώδη φάση και το μηδέν

Όλοι έχουμε ακούσει για φάση, τρεις φάσεις, μηδέν και γείωση.

Η απλούστερη περίπτωση ηλεκτρικού κυκλώματος είναι μονοφασικό κύκλωμα . Έχει μόνο τρία καλώδια. Μέσω του ενός καλωδίου το ρεύμα ρέει στον καταναλωτή (ας είναι σίδερο ή πιστολάκι μαλλιών), και μέσω του άλλου επιστρέφει πίσω. Το τρίτο καλώδιο σε ένα μονοφασικό δίκτυο είναι η γείωση (ή η γείωση).

Το καλώδιο γείωσης δεν φέρει φορτίο, αλλά χρησιμεύει ως ασφάλεια. Σε περίπτωση που κάτι ξεφύγει από τον έλεγχο, η γείωση βοηθά στην αποφυγή ηλεκτροπληξίας. Αυτό το καλώδιο μεταφέρει περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας ή «αποστραγγίζει» στο έδαφος.

Το καλώδιο μέσω του οποίου ρέει ρεύμα στη συσκευή ονομάζεται φάση , και είναι το καλώδιο μέσω του οποίου επιστρέφει το ρεύμα μηδέν.

Λοιπόν, γιατί χρειαζόμαστε μηδέν στην ηλεκτρική ενέργεια; Ναι, για το ίδιο πράγμα με τη φάση! Το ρεύμα ρέει μέσω του καλωδίου φάσης στον καταναλωτή και μέσω του ουδέτερου καλωδίου εκκενώνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το δίκτυο μέσω του οποίου διανέμεται το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι τριφασικό. Αποτελείται από τρία καλώδια φάσης και ένα επαναφοράς.

Μέσω αυτού του δικτύου ρέει το ρεύμα στα διαμερίσματά μας. Προσεγγίζοντας απευθείας τον καταναλωτή (διαμερίσματα), το ρεύμα χωρίζεται σε φάσεις και σε κάθε φάση δίνεται ένα μηδέν. Η συχνότητα αλλαγής της κατεύθυνσης του ρεύματος στις χώρες της ΚΑΚ είναι 50 Hz.

Οι διαφορετικές χώρες έχουν διαφορετικά πρότυπα τάσης και συχνότητας δικτύου. Για παράδειγμα, μια τυπική οικιακή πρίζα στις Ηνωμένες Πολιτείες παρέχει εναλλασσόμενο ρεύμα με τάση 100-127 Volt και συχνότητα 60 Hertz.

Τα καλώδια φάσης και ουδέτερου δεν πρέπει να συγχέονται. Διαφορετικά, μπορεί να προκληθεί βραχυκύκλωμα στο κύκλωμα. Για να μην συμβεί αυτό και για να μην μπερδεύετε οτιδήποτε, τα καλώδια έχουν αποκτήσει διαφορετικά χρώματα.

Τι χρώμα υποδεικνύονται η φάση και το μηδέν στον ηλεκτρισμό; Το μηδέν είναι συνήθως μπλε ή κυανό και η φάση είναι λευκή, μαύρη ή καφέ. Το καλώδιο γείωσης έχει επίσης το δικό του χρώμα - κίτρινο-πράσινο.

Έτσι, σήμερα μάθαμε τι σημαίνουν οι έννοιες «φάση» και «μηδέν» στον ηλεκτρισμό. Θα χαρούμε απλά αν αυτές οι πληροφορίες ήταν νέες και ενδιαφέρουσες για κάποιον. Τώρα, όταν ακούσετε κάτι για ηλεκτρισμό, φάση, μηδέν και γείωση, θα ξέρετε ήδη για τι πράγμα μιλάμε. Τέλος, σας υπενθυμίζουμε ότι εάν ξαφνικά χρειαστεί να υπολογίσετε ένα τριφασικό κύκλωμα AC, μπορείτε να επικοινωνήσετε με ασφάλεια φοιτητική υπηρεσία.Με τη βοήθεια των ειδικών μας, ακόμα και η πιο άγρια ​​και δύσκολη εργασία θα είναι στο χέρι σας.

Δεν είναι κάτι τετριμμένο, θα σας πω. :) Για να διευκολύνω την αφομοίωση του υλικού, εισήγαγα μια σειρά από απλοποιήσεις. Εντελώς παραληρηματικό και αντιεπιστημονικό, αλλά λίγο πολύ ξεκάθαρα δείχνει την ουσία της διαδικασίας. Η τεχνική "ηλεκτρικά αποχέτευσης" έχει αποδειχθεί με επιτυχία σε δοκιμές πεδίου και ως εκ τούτου θα χρησιμοποιηθεί και εδώ. Θέλω απλώς να επισημάνω ότι αυτό είναι απλώς μια οπτική απλοποίηση, που ισχύει για τη γενική περίπτωση και μια συγκεκριμένη στιγμή για να κατανοήσουμε την ουσία και πρακτικά δεν έχει καμία σχέση με την πραγματική φυσική της διαδικασίας. Γιατί είναι τότε; Και για να είναι πιο εύκολο να θυμηθώ τι είναι τι και να μην μπερδεύω την τάση και το ρεύμα και να καταλάβω πώς η αντίσταση επηρεάζει όλα αυτά, διαφορετικά έχω ακούσει αρκετά από μαθητές...

Ρεύμα, τάση, αντίσταση.

Εάν συγκρίνετε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με ένα αποχετευτικό σύστημα, τότε η πηγή ενέργειας είναι η δεξαμενή αποστράγγισης, το νερό που ρέει είναι το ρεύμα, η πίεση του νερού είναι η τάση και τα σκατά που τρέχουν μέσα από τους σωλήνες είναι το ωφέλιμο φορτίο. Όσο υψηλότερη είναι η δεξαμενή, τόσο μεγαλύτερη είναι η δυναμική ενέργεια του νερού σε αυτήν και τόσο ισχυρότερο είναι το ρεύμα πίεσης που διέρχεται από τους σωλήνες, πράγμα που σημαίνει ότι τόσο περισσότερο φορτίο χάλια μπορεί να ξεπλύνει.
Εκτός από τα ρέοντα χάλια, η ροή εμποδίζεται από τριβή στα τοιχώματα των σωλήνων, δημιουργώντας απώλειες. Όσο πιο παχύ είναι οι σωλήνες, τόσο λιγότερες απώλειες (τζι τζι τώρα θυμάστε γιατί οι ηχοφίλοι χρησιμοποιούν παχύτερα καλώδια για την ισχυρή ακουστική τους;)).
Λοιπόν, ας συνοψίσουμε. Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα περιέχει μια πηγή που δημιουργεί μια διαφορά δυναμικού - τάση - μεταξύ των πόλων του. Υπό την επίδραση αυτής της τάσης, το ρεύμα τρέχει μέσω του φορτίου προς εκεί όπου το δυναμικό είναι χαμηλότερο. Η ροή του ρεύματος παρεμποδίζεται από την αντίσταση που σχηματίζεται από το ωφέλιμο φορτίο και τις απώλειες. Ως αποτέλεσμα, η τάση-πίεση εξασθενεί όσο πιο έντονα, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση. Λοιπόν, τώρα, ας βάλουμε το αποχετευτικό μας σύστημα σε μια μαθηματική κατεύθυνση.

Ο νόμος του Ohm

Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε το απλούστερο κύκλωμα που αποτελείται από τρεις αντιστάσεις και μία πηγή. Θα σχεδιάσω το κύκλωμα όχι όπως συνηθίζεται στα σχολικά βιβλία στο TOE, αλλά πιο κοντά στο πραγματικό διάγραμμα κυκλώματος, όπου παίρνουν το σημείο μηδενικού δυναμικού - το σώμα, συνήθως ίσο με το μείον της παροχής, και το συν θεωρείται σημείο με δυναμικό ίσο με την τάση τροφοδοσίας. Αρχικά, υποθέτουμε ότι γνωρίζουμε την τάση και την αντίσταση, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να βρούμε το ρεύμα. Ας αθροίσουμε όλες τις αντιστάσεις (διαβάστε την πλαϊνή γραμμή για τους κανόνες για την προσθήκη αντιστάσεων) για να λάβουμε το συνολικό φορτίο και να διαιρέσουμε την τάση με το αποτέλεσμα - το ρεύμα βρέθηκε! Τώρα ας δούμε πώς κατανέμεται η τάση σε κάθε αντίσταση. Ας γυρίσουμε τον νόμο του Ohm από μέσα προς τα έξω και ας αρχίσουμε να υπολογίζουμε. U=I*Rδεδομένου ότι το ρεύμα στο κύκλωμα είναι το ίδιο για όλες τις αντιστάσεις σειράς, θα είναι σταθερό, αλλά οι αντιστάσεις θα είναι διαφορετικές. Το αποτέλεσμα ήταν αυτό Usource = U1 +U2 +U3. Με βάση αυτήν την αρχή, μπορείτε, για παράδειγμα, να συνδέσετε 50 λαμπτήρες ισχύος 4,5 βολτ σε σειρά και να τους τροφοδοτήσετε εύκολα από μια πρίζα 220 βολτ - ούτε μία λάμπα δεν θα καεί. Τι θα συμβεί αν σε αυτό το πλαίσιο, στη μέση, εισαγάγετε μια ισχυρή αντίσταση, ας πούμε ένα κιλό, και πάρετε τις άλλες δύο μικρότερες - ένα ωμ; Και από τους υπολογισμούς θα γίνει σαφές ότι σχεδόν όλη η τάση θα πέσει σε αυτή τη μεγάλη αντίσταση.

ο νόμος του Kirchhoff.

Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, το άθροισμα των ρευμάτων που εισέρχονται και εξέρχονται από τον κόμβο είναι ίσο με μηδέν και τα ρεύματα που ρέουν στον κόμβο συνήθως χαρακτηρίζονται με ένα συν και τα ρεύματα που ρέουν έξω με ένα μείον. Κατ' αναλογία με το αποχετευτικό μας σύστημα, το νερό από έναν ισχυρό σωλήνα διαχέεται σε ένα σωρό μικρούς. Αυτός ο κανόνας σάς επιτρέπει να υπολογίσετε την κατά προσέγγιση κατανάλωση ρεύματος, η οποία μερικές φορές είναι απλώς απαραίτητη κατά τον υπολογισμό των διαγραμμάτων κυκλωμάτων.

Δύναμη και απώλειες
Η ισχύς που καταναλώνεται σε ένα κύκλωμα εκφράζεται ως το γινόμενο της τάσης και του ρεύματος.
P = U * I
Επομένως, όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα ή η τάση, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς. Επειδή Η αντίσταση (ή τα καλώδια) δεν εκτελεί κανένα χρήσιμο φορτίο, τότε η ισχύς που πέφτει από αυτήν είναι απώλεια στην καθαρή της μορφή. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς μπορεί να εκφραστεί μέσω του νόμου του Ohm ως εξής:
P= R * I 2

Όπως μπορείτε να δείτε, μια αύξηση της αντίστασης προκαλεί αύξηση της ισχύος που δαπανάται για απώλειες και εάν το ρεύμα αυξηθεί, τότε οι απώλειες αυξάνονται τετραγωνικά. Στην αντίσταση, όλη η ισχύς πηγαίνει στη θέρμανση. Για τον ίδιο λόγο, παρεμπιπτόντως, οι μπαταρίες θερμαίνονται κατά τη λειτουργία - έχουν επίσης εσωτερική αντίσταση, στην οποία διαχέεται μέρος της ενέργειας.
Αυτός είναι ο λόγος που οι ακουστικόφιλοι χρησιμοποιούν χοντρά χάλκινα σύρματα με ελάχιστη αντίσταση για τα βαρέως τύπου ηχητικά τους συστήματα, προκειμένου να μειώσουν τις απώλειες ισχύος, καθώς υπάρχουν σημαντικά ρεύματα εκεί.

Υπάρχει νόμος του συνολικού ρεύματος σε ένα κύκλωμα, αν και στην πράξη δεν μου ήταν ποτέ χρήσιμος, αλλά δεν βλάπτει να τον ξέρω, οπότε πάρε ένα βιβλίο για TOE (θεωρητικά θεμέλια ηλεκτρολόγων μηχανικών) από το δίκτυο, είναι καλύτερα για τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση, όλα περιγράφονται εκεί πολύ πιο απλά και ξεκάθαρα - χωρίς να μπω σε ανώτερα μαθηματικά.

Σήμερα, ο καθένας μπορεί να εξοικειωθεί με τα βασικά της ηλεκτρολογικής μηχανικής χωρίς καν να φύγει από το σπίτι του. Είναι καλύτερο να ξεκινήσετε αυτή τη συναρπαστική δραστηριότητα εξοικειωθείτε με ένα απλοποιημένο ηλεκτρικό διάγραμμα για την καλωδίωση και τη σύνδεση διακοπτών, πριζών και φωτιστικών στο δικό σας διαμέρισμα. Τέτοια σχέδια ανήκουν σε τυποποιημένες σχεδιαστικές λύσεις και χρησιμοποιούνται ευρέως για την τροφοδοσία τυποποιημένων βιομηχανικών και οικιστικών χώρων, καθώς και για προσωρινή σύνδεση με το δίκτυο τροφοδοσίας ορισμένων εργοταξίων.

Το πρώτο (ταυτόχρονα το μεγαλύτερο και πιο σημαντικό) στοιχείο σε μια μακρά αλυσίδα εξοπλισμού για τυπική ηλεκτρική καλωδίωση κατοικιών είναι ο ηλεκτρικός πίνακας, στον οποίο παρέχεται ισχύς μέσω ενός διακόπτη κυκλώματος (ή ασφάλειας βύσματος) από τον κύριο πίνακα διανομής που βρίσκεται στην πλατφόρμα πρόσβασης. Ο πίνακας του διαμερίσματος περιλαμβάνει συνήθως έναν ηλεκτρικό μετρητή, πολλούς διακόπτες κυκλώματος, μια συσκευή υπολειπόμενου ρεύματος (RCD), μια ράγα DIN τοποθέτησης και έναν αριθμό βοηθητικών λεωφορείων. Από αυτόν τον πίνακα εισόδου οργανώνεται η παροχή ρεύματος σε όλα τα δωμάτια του διαμερίσματός σας.

Αρκετές γραμμές τροφοδοσίας (ο αριθμός τους εξαρτάται από τον αριθμό των δωματίων και την ισχύ των ηλεκτρικών φορτίων), που αποτελούνται από δύο καλώδια - φάση και ουδέτερο (ή τρία, εάν υπάρχει γραμμή γείωσης), δρομολογούνται μέσω αποκλειστικών αυτόματων διακοπτών σε μεμονωμένα δωμάτια του διαμερίσματος.

Η ηλεκτρική καλωδίωση σε όλο το διαμέρισμα πραγματοποιείται με την οργάνωση κλάδων από την κύρια γραμμή καλωδίωσης, τα οποία είναι απαραίτητα για τη σύνδεση μεμονωμένων καταναλωτών - ένα ηλεκτρικό κουδούνι, ομάδες πριζών ή διακόπτες. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται κουτιά διανομής εγκατάστασης, τα οποία είναι πλαστικά κύπελλα εξοπλισμένα με ανοίγματα εισόδου και εξόδου για σύρματα και καπάκι. Μέσα στα κουτιά υπάρχουν ειδικοί βιδωτές ακροδέκτες για τη σύνδεση καλωδίων εγκατάστασης με μεταγωγή. Αλλά κατά κανόνα, τα καλώδια στο κουτί είναι απλά στριμμένα (το λεγόμενο twist) και μονωμένα μεταξύ τους (συνήθως τυλιγμένα με ηλεκτρική ταινία ή θερμοσυστελλόμενο σωλήνα). Συνιστάται επίσης η χρήση σφιγκτήρων (οι σφιγκτήρες Wago χρησιμοποιούνται ευρέως στη χώρα μας), ή συνδετήρες PPE (καπάκια με ελατήριο μέσα).

Σημειώνεται ότι όλοι οι καταναλωτές ρεύματος εσωτερικού χώρου (καμπάνες, διάφορα φωτιστικά μαζί με διακόπτες, οικιακές συσκευές, κλιματιστικά κ.λπ.) συνδέονται παράλληλα με την καλωδίωση του διαμερίσματος. Με ένα τέτοιο σχήμα σύνδεσης, μια δυσλειτουργία ή αποσύνδεση ενός από αυτούς τους καταναλωτές δεν θα προκαλέσει «απενεργοποίηση» των υπόλοιπων συσκευών, κάτι που είναι αναπόφευκτο εάν συνδεθούν σε σειρά. Ένα παράδειγμα μιας σειράς σύνδεσης μεμονωμένων στοιχείων ηλεκτρικής καλωδίωσης είναι η σύνδεση οποιουδήποτε φωτιστικού και του διακόπτη του.

Έτσι, οι γραμμές ηλεκτρικής καλωδίωσης συνδέονται πρώτα με τα κουτιά διανομής που βρίσκονται σε κάθε δωμάτιο και μόνο μετά από αυτά κατανέμονται σε επιμέρους φορτία (φωτιστικά με διακόπτες, πρίζες κ.λπ.).

Από το διάγραμμα σύνδεσης για διακόπτες και λαμπτήρες, βλέπουμε ότι τα καλώδια φάσης (κόκκινο) και τα ουδέτερα καλώδια (μπλε) πλησιάζουν το κιβώτιο διανομής και διακλαδίζονται από αυτό. Είναι το καλώδιο εξερχόμενης φάσης (σε καμία περίπτωση ουδέτερο!) που πρέπει να συνδεθεί σε μία από τις επαφές του διακόπτη. Το ουδέτερο καλώδιο πρέπει να πάει στην κοινή επαφή των λαμπτήρων που απαρτίζουν τη λάμπα. Τα καλώδια που προέρχονται από τον διακόπτη (πράσινο στο σχήμα) συνδέονται με την κοινή επαφή καθεμιάς από τις δύο ομάδες λαμπτήρων του εν λόγω λαμπτήρα. Λάβετε υπόψη ότι το σχήμα δείχνει μια έκδοση ενός διακόπτη δύο κλειδιών με δύο ομάδες λαμπτήρων και μια έκδοση ενός διακόπτη με ένα κλειδί.

Η σύνδεση των υποδοχών μετά το κουτί διανομής γίνεται με απλούστερο τρόπο - οι αγωγοί φάσης και ουδέτερος (και γείωση, εάν υπάρχουν) συνδέονται απευθείας στις αντίστοιχες (τυχαία επιλεγμένες) επαφές της ίδιας της πρίζας. Ένα ζεύγος αυτών των αγωγών από μια ήδη συνδεδεμένη πρίζα οδηγείται στη δεύτερη και, εάν είναι απαραίτητο, στην τρίτη έξοδο (αυτός ο τύπος σύνδεσης ονομάζεται σύνδεση "βρόχου").

Είναι πολύ σημαντικό να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι με ένα παράλληλο κύκλωμα σύνδεσης καταναλωτών, δεν επιτρέπεται η αύξηση του συνολικού αριθμού τους πάνω από μια συγκεκριμένη τιμή. Με την παράλληλη παροχή ρεύματος, κάθε νέα ηλεκτρική συσκευή που προστίθεται (νέα πρίζα) αυξάνει το φορτίο στο τμήμα της ηλεκτρικής καλωδίωσης που είναι κοινό σε ολόκληρο το διαμέρισμα. Στη μέγιστη τιμή του συνολικού ρεύματος στο κύκλωμα (στην περίπτωση που όλες οι συσκευές είναι ενεργοποιημένες), η συσκευή προστασίας από υπερένταση θα λειτουργεί σίγουρα - ο ίδιος διακόπτης κυκλώματος στον πίνακα από τον οποίο τροφοδοτείται αυτή η γραμμή. Απλώς θα αποσυνδέσει αυτόν τον κλάδο από το γενικό κύκλωμα τροφοδοσίας του διαμερίσματος.

Εάν το μηχάνημά σας έχει επιλεγεί λανθασμένα (έχει υπερεκτιμημένη τιμή του ρεύματος απόκρισης υπερφόρτωσης), τότε οι συνέπειες μπορεί να είναι πολύ πιο καταστροφικές - τα καλώδια μπορεί απλώς να μην αντέξουν την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από αυτά και θα πιάσουν φωτιά λόγω υπερθέρμανσης.
Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να μάθετε πώς να επιλέγετε τον σωστό διακόπτη κυκλώματος για κάθε γραμμή φορτίου και να υπολογίζετε με ακρίβεια τη διατομή των καλωδίων που λειτουργούν σε αυτές τις γραμμές.
Κατά κανόνα, σε μια τυπική καλωδίωση διαμερισμάτων, ένα χάλκινο σύρμα με διατομή 1,5 mm 2 τοποθετείται στις γραμμές φωτισμού και 2,5 mm 2 στις γραμμές υποδοχής.

Προσφέρουμε ένα μικρό υλικό με θέμα: "Ηλεκτρισμός για αρχάριους". Θα δώσει μια αρχική κατανόηση των όρων και των φαινομένων που σχετίζονται με την κίνηση των ηλεκτρονίων στα μέταλλα.

Χαρακτηριστικά του όρου

Ο ηλεκτρισμός είναι η ενέργεια των μικρών φορτισμένων σωματιδίων που κινούνται στους αγωγούς σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Με σταθερό ρεύμα, δεν υπάρχει αλλαγή στο μέγεθός του, καθώς και στην κατεύθυνση της κίνησης σε μια ορισμένη χρονική περίοδο. Εάν ως πηγή ρεύματος επιλεγεί ένα γαλβανικό στοιχείο (μπαταρία), τότε το φορτίο κινείται με τάξη: από τον αρνητικό πόλο στο θετικό άκρο. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να εξαφανιστεί τελείως.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα αλλάζει περιοδικά το μέγεθος καθώς και την κατεύθυνση κίνησης.

Κύκλωμα μετάδοσης AC

Ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι μια φάση με μια λέξη που όλοι έχουν ακούσει, αλλά δεν καταλαβαίνουν όλοι το πραγματικό της νόημα. Δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες και λεπτομέρειες, θα επιλέξουμε μόνο το υλικό που χρειάζεται ο οικιακός τεχνίτης. Ένα τριφασικό δίκτυο είναι μια μέθοδος μετάδοσης ηλεκτρικού ρεύματος, κατά την οποία το ρεύμα ρέει μέσα από τρία διαφορετικά καλώδια και το ένα επιστρέφει. Για παράδειγμα, υπάρχουν δύο καλώδια σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα.

Το ρεύμα ρέει μέσω του πρώτου καλωδίου στον καταναλωτή, για παράδειγμα, σε έναν βραστήρα. Το δεύτερο καλώδιο χρησιμοποιείται για την επιστροφή του. Όταν ανοίγει ένα τέτοιο κύκλωμα, δεν θα υπάρχει διέλευση ηλεκτρικού φορτίου μέσα στον αγωγό. Αυτό το διάγραμμα περιγράφει ένα μονοφασικό κύκλωμα. στην ηλεκτρική ενέργεια; Ως φάση θεωρείται ένα καλώδιο μέσω του οποίου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Μηδέν είναι το σύρμα μέσω του οποίου πραγματοποιείται η επιστροφή. Σε ένα τριφασικό κύκλωμα υπάρχουν τρία καλώδια φάσης ταυτόχρονα.

Ένας ηλεκτρικός πίνακας στο διαμέρισμα είναι απαραίτητος για ρεύμα σε όλα τα δωμάτια. θεωρούνται οικονομικά εφικτές, αφού δεν απαιτούν δύο. Κατά την προσέγγιση του καταναλωτή, το ρεύμα χωρίζεται σε τρεις φάσεις, η καθεμία με ένα μηδέν. Το ηλεκτρόδιο γείωσης, το οποίο χρησιμοποιείται σε μονοφασικό δίκτυο, δεν φέρει φορτίο εργασίας. Είναι φιτίλι.

Για παράδειγμα, εάν συμβεί βραχυκύκλωμα, υπάρχει κίνδυνος ηλεκτροπληξίας ή πυρκαγιάς. Για να αποφευχθεί μια τέτοια κατάσταση, η τρέχουσα τιμή δεν πρέπει να υπερβαίνει ένα ασφαλές επίπεδο· η περίσσεια πηγαίνει στο έδαφος.

Το εγχειρίδιο "Σχολή για Ηλεκτρολόγους" θα βοηθήσει τους αρχάριους τεχνίτες να αντιμετωπίσουν ορισμένες βλάβες οικιακών συσκευών. Για παράδειγμα, εάν υπάρχουν προβλήματα με τη λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα του πλυντηρίου, το ρεύμα θα ρέει στο εξωτερικό μεταλλικό περίβλημα.

Εάν δεν υπάρχει γείωση, η φόρτιση θα κατανεμηθεί σε όλο το μηχάνημα. Όταν το αγγίζετε με τα χέρια σας, ένα άτομο θα λειτουργήσει ως αγωγός γείωσης και θα υποστεί ηλεκτροπληξία. Εάν υπάρχει καλώδιο γείωσης, αυτή η κατάσταση δεν θα προκύψει.

Χαρακτηριστικά της Ηλεκτρολογίας

Το εγχειρίδιο "Electricity for Dummies" είναι δημοφιλές μεταξύ εκείνων που απέχουν πολύ από τη φυσική, αλλά σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν αυτήν την επιστήμη για πρακτικούς σκοπούς.

Η ημερομηνία εμφάνισης της ηλεκτρολογικής μηχανικής θεωρείται ότι είναι οι αρχές του δέκατου ένατου αιώνα. Ήταν εκείνη τη στιγμή που δημιουργήθηκε η πρώτη τρέχουσα πηγή. Οι ανακαλύψεις που έγιναν στον τομέα του μαγνητισμού και του ηλεκτρισμού κατάφεραν να εμπλουτίσουν την επιστήμη με νέες έννοιες και γεγονότα σημαντικής πρακτικής σημασίας.

Το εγχειρίδιο «Σχολή Ηλεκτρολόγου» προϋποθέτει εξοικείωση με τους βασικούς όρους που σχετίζονται με την ηλεκτρική ενέργεια.

Πολλά βιβλία φυσικής περιέχουν πολύπλοκα ηλεκτρικά διαγράμματα και μια ποικιλία μπερδεμένων όρων. Προκειμένου οι αρχάριοι να κατανοήσουν όλες τις περιπλοκές αυτού του τμήματος της φυσικής, αναπτύχθηκε ένα ειδικό εγχειρίδιο "Electricity for Dummies". Μια εκδρομή στον κόσμο των ηλεκτρονίων πρέπει να ξεκινήσει με την εξέταση των θεωρητικών νόμων και εννοιών. Ενδεικτικά παραδείγματα και ιστορικά γεγονότα που χρησιμοποιούνται στο βιβλίο «Electricity for Dummies» θα βοηθήσουν τους αρχάριους ηλεκτρολόγους να αποκτήσουν γνώση. Για να ελέγξετε την πρόοδό σας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εργασίες, τεστ και ασκήσεις που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό.

Εάν καταλαβαίνετε ότι δεν έχετε αρκετές θεωρητικές γνώσεις για να αντιμετωπίσετε ανεξάρτητα τη σύνδεση της ηλεκτρικής καλωδίωσης, ανατρέξτε σε βιβλία αναφοράς για "ανδρείκελα".

Ασφάλεια και Πρακτική

Πρώτα πρέπει να μελετήσετε προσεκτικά την ενότητα σχετικά με τις προφυλάξεις ασφαλείας. Σε αυτήν την περίπτωση, κατά τη διάρκεια εργασιών που σχετίζονται με την ηλεκτρική ενέργεια, δεν θα υπάρξουν καταστάσεις έκτακτης ανάγκης επικίνδυνες για την υγεία.

Για να εφαρμόσετε τις θεωρητικές γνώσεις που αποκτήσατε μετά από αυτοδιδασκαλία των βασικών στοιχείων της ηλεκτρολογικής μηχανικής, μπορείτε να ξεκινήσετε με παλιές οικιακές συσκευές. Πριν ξεκινήσετε τις επισκευές, φροντίστε να διαβάσετε τις οδηγίες που συνοδεύουν τη συσκευή. Μην ξεχνάτε ότι δεν πρέπει να αστειεύεστε με τον ηλεκτρισμό.

Το ηλεκτρικό ρεύμα σχετίζεται με την κίνηση των ηλεκτρονίων στους αγωγούς. Εάν μια ουσία δεν είναι ικανή να μεταφέρει ρεύμα, ονομάζεται διηλεκτρικό (μονωτήρας).

Για να μετακινηθούν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια από τον έναν πόλο στον άλλο, πρέπει να υπάρχει μια ορισμένη διαφορά δυναμικού μεταξύ τους.

Η ένταση του ρεύματος που διέρχεται από έναν αγωγό σχετίζεται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που διέρχονται από τη διατομή του αγωγού.

Η ταχύτητα ροής του ρεύματος επηρεάζεται από το υλικό, το μήκος και την περιοχή διατομής του αγωγού. Καθώς το μήκος του σύρματος αυξάνεται, η αντίστασή του αυξάνεται.

συμπέρασμα

Ο ηλεκτρισμός είναι ένας σημαντικός και πολύπλοκος κλάδος της φυσικής. Το εγχειρίδιο "Electricity for Dummies" εξετάζει τις κύριες ποσότητες που χαρακτηρίζουν την απόδοση των ηλεκτροκινητήρων. Οι μονάδες τάσης είναι βολτ, το ρεύμα μετριέται σε αμπέρ.

Ο καθένας έχει μια συγκεκριμένη δύναμη. Αναφέρεται στην ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από μια συσκευή για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Οι καταναλωτές ενέργειας (ψυγεία, πλυντήρια ρούχων, βραστήρες, σίδερα) έχουν επίσης ρεύμα, καταναλώνοντας ρεύμα κατά τη λειτουργία. Εάν θέλετε, μπορείτε να κάνετε μαθηματικούς υπολογισμούς και να καθορίσετε την κατά προσέγγιση τιμή για κάθε οικιακή συσκευή.