Постоянный электрический ток контрольная работа: Контрольная работа по теме «Постоянный электрический ток»

Содержание

Контрольная работа по теме «Постоянный электрический ток»

Контрольная работа №1. Тема. Постоянный электрический ток.

I вариант

№№ 1-13 выбрать один правильный ответ (1 балл)

1. Электрическим током называют… по проводнику

А. движение электронов Б. упорядоченное движение электронов

В. движение электрических зарядов Г. упорядоченное движение зарядов

2. Какие из перечисленных веществ относятся к проводникам: резина — 1; медь — 2;

пластмасса — 3; сталь — 4? А. только 2. Б. только 4. В. 2 и 4. Г. 1 и 3.

3. Величина, равная отношению работы электрического поля на участке цепи к заряду, прошедшему по этому участку — это…

А. заряд. Б. сила тока. В. напряжение. Г. сопротивление.

4. Единица силы тока… А. Вольт. Б. Ом. В. Ватт. Г. Ампер.

5. Прибор для измерения силы тока…

А. Динамометр. Б. Омметр. В. Амперметр. Г. Вольтметр.

6. Вольтметр подключают… А. последовательно. Б. параллельно. В произвольно.

7. Как изменится сила тока в цепи, если напряжение уменьшить в 3 раза, а сопротивление увеличить в 3 раза? А. Увеличится в 9 раз. Б. Увеличится в 3 раза.

В. Уменьшится в 3 раза. Г. Уменьшится в 9 раз.

8. Электродвигатель подключен к сети с напряжением 480 В и имеет сопротивление

600 Ом. Сила тока в электродвигателе… А. 0,00125 А. Б. 0,8 А В. 288000 А. Г. 1,25 А.

9. По графику зависимости силы тока от напряжения

определите сопротивление проводника.

А. 200 Ом. Б. 20 Ом.

В. 2 Ом. Г. 2 000 Ом.

10. При последовательном соединении проводников:

А. I₁= I_2.Б. R₁= R_2.В. U₁= U_2.Г. I = I₁ + I_2.

11. Каково сопротивление стального провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм²? А. 15 Ом. Б. 1 Ом. В. 0,15 Ом. Г. 1,5 Ом.

12. Какую работу совершит ток силой 3 А за 1 с при напряжении в цепи 15 В?

А. 5 Дж Б. 15 Дж В. 45 Дж Г. 60 Дж

13. Определить цену деления и показания прибора:

А. 1 В; 2,8 В. Б. 1 А; 2,8 А

В. 0,2 В; 2,8 В. Г. 0,2 А; 2,8 А

14. Каково сопротивление никелинового провода длиной 25 см и площадью поперечного сечения 0,8 мм²? (2балла)

15.В цепь включены последовательно три проводника сопротивлениями 5 Ом, 6 Ом и

12 Ом соответственно. Какая сила тока в цепи и какое напряжение на первом и на третьем проводниках , если напряжение на втором проводнике 1,2 В?(3балла)

II вариант

№№ 1-13 выбрать один правильный ответ (1 балл)

1.Электрический ток в металлах обусловлен … А. упорядоченным движением электронов по проводнику. Б. движением электронов по проводнику.

В. движением электрических зарядов по проводнику.

Г. упорядоченным движением электрических зарядов по проводнику

2.Какие из перечисленных веществ относятся к диэлектрикам: эбонит — 1; алюминий — 2; железо — 3; стекло — 4? А. только 1. Б. только 4. В. 1 и 4. Г. 2 и 3.

3.Величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения- это…

А. заряд. Б. сила тока. В. напряжение. Г. сопротивление.

4.Единица напряжения… А. Вольт. Б. Джоуль. В. Ватт. Г. Ампер.

5.Прибор для измерения напряжения…

А. Динамометр. Б. Омметр. В. Амперметр. Г. Вольтметр.

6.Амперметр подключают… А. последовательно. Б. параллельно. В. произвольно.

7. Как изменится сила тока в цепи, если напряжение увеличить в 3 раза, а сопротивление уменьшить в 3 раза? А. Увеличится в 9 раз. Б. Увеличится в 3 раза.

В. Уменьшится в 3 раза. Г. Уменьшится в 9 раз.

8.Вентилятор имеет сопротивление 32 Ом. Каково напряжение на вентиляторе, если сила тока в нем 4 А? А. 128 В. Б. 125 В. В. 8 В. Г. 0,125 В.

9. По графику зависимости силы тока от напряжения

определите, какой из проводников имеет большее сопротивление.

А. проводник А. Б. проводник В.

В. сопротивления проводников равны.

10.При параллельном соединении проводников:

А. I₁= I_2. Б. R₁= R_2.В. U₁= U_2.Г. U = U₁ + U_2.

11. Каково сопротивление никелинового провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм²? А. 40 Ом. Б. 1 Ом. В. 0,15 Ом. Г. 0,4 Ом.

12.Определите мощность лампы, работающей под напряжением 6 В при силе тока 0,5 А.

А. 3 Вт Б. 30 Вт В. 12 Вт Г. 1,2 Вт

13.Определить цену деления и показания прибора:

А. 0,1 А; 0,75 А. Б. 0,1 В; 0,75 В.

В. 0,5 А; 0,75 А . Г. 0,5 В; 0,75 В.

14.Каково сопротивление провода из стали, если его длина 40 см, а площадь поперечного сечения 0,5 мм²? (2балла)

15.Три проводника сопротивлением 2 Ом, 3 Ом, и 6 Ом соединены параллельно и включены в цепь. Сила тока в первом проводнике 6 А. Какой ток протекает во втором и третьем проводниках и в общей цепи? (3балла)

Контрольная работа по физике Постоянный ток 8 класс

Контрольная работа по физике Постоянный ток для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 4 варианта, в каждом по 8 заданий.

1 вариант

1. За 20 минут через утюг проходит электрический заряд 960 Кл. Определите силу тока в утюге.

1) 0,6 А
2) 0,8 А
3) 48 А
4) 1920 А

2. На рисунке изображён график зависимости силы тока от напряжения на одной секции телевизора. Каково сопротивление этой секции?

1) 250 кОм
2) 0,25 Ом
3) 10 кОм
4) 100 Ом

3. Если увеличить в 2 раза напряжение между концами проводника, а площадь его сечения уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) увеличится в 2 раза
2) уменьшится в 2 раза
3) не изменится
4) увеличится в 4 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно

1) 3 Ом
2) 5 Ом
3) 8 Ом
4) 21 Ом

5. На штепсельных вилках некоторых бытовых электрических приборов имеется надпись: «6 А, 250 В». Определите максимально допустимую мощность электроприборов, которые можно включать, используя такие вилки.

1) 1500 Вт
2) 41,6 Вт
3) 1,5 Вт
4) 0,024 Вт

6. Чему равно время прохождения тока по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В совершается работа 540 кДж? Сопротивление проводника 24 Ом.

1) 0,64 с
2) 1,56 с
3) 188 с
4) 900 с

7. У становите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Сопротивление

Формула

1) A/q
2) I² · R
3) ρl/S
4) I · U · t
5) q / t

8. С помощью кипятильника, имеющего КПД 90%, нагрели 3 кг воды от 19 °С до кипения за 15 минут. Какой ток при этом потреблял кипятильник в сети напряжением 220 В? Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С).

2 вариант

1. Сила тока, идущего по проводнику, равна 2 А. Какой заряд проходит по проводнику за 10 минут?

1) 0,2 Кл
2) 5 Кл
3) 20 Кл
4) 1200 Кл

2. При увеличении напряжения U на участке электрической цепи сила тока I в цепи изменяется в соответствии с графиком (см. рисунок). Электрическое сопротивление на этом участке цепи равно

1) 2 Ом
2) 0,5 Ом
3) 2 мОм
4) 500 Ом

3. Если увеличить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) не изменится
2) уменьшится в 4 раза
3) увеличится в 4 раза
4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно

1) 11 Ом
2) 6 Ом
3) 4 Ом
4) 1 Ом

5. На цоколе лампы накаливания написано: «150 Вт, 220 В». Найдите силу тока в спирали при включении в сеть с номинальным напряжением

1) 0,45 А
2) 0,68 А
3) 22 А
4) 220000 А

6. Проволочная спираль, сопротивление которой в нагретом состоянии равно 55 Ом, включена в сеть с напряжением 127 В. Какое количество теплоты выделяет эта спираль за 1 минуту?

1) 17,595 кДж
2) 20 кДж
3) 230 кДж
4) 658,5 кДж

7. Установите соответствие между физическими величинами и единицами измерения этих величин.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Сопротивление
В) Работа электрического тока

Единицы измерения

1) Джоуль
2) Ватт
3) Вольт
4) Ампер
5) Ом

8. Электродвигатель подъёмного крана подключён к источнику тока напряжением 380 В, при этом сила тока в обмотке 20 А.

Определите КПД подъёмного крана, если он поднимает груз массой 1 т на высоту 19 м за 50 с.

3 вариант

1. Время разряда молнии равно 3 мс. Сила тока в канале молнии около 30 кА. Какой заряд проходит по каналу молнии?

1) 90 Кл
2) 0,1 мкКл
3) 90 кКл
4) 0,1 мКл

2. На рисунке изображён график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

1) 0,25 Ом
2) 2 Ом
3) 8 Ом
4) 4 Ом

3. Если уменьшить в 2 раза напряжение между концами проводника, а его длину увеличить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) не изменится
2) уменьшится в 4 раза
3) увеличится в 4 раза
4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, равно

1) 9 Ом
2) 8 Ом
3) 4 Ом
4) 3 Ом

5. На корпусе электродрели укреплена табличка с надписью: 220 В, 500 Вт. Найдите силу тока, потребляемого электродрелью при включении в сеть.

1) 55 000 А
2) 2,27 А
3) 1,14 А
4) 0,88 А

6. Какую работу совершит электрический ток в течение 2 минут, если сила тока в проводнике 4 А, а его сопротивление 50 Ом?

1) 1600 Дж
2) 96 кДж
3) 24 кДж
4) 400 Дж

7. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины
определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Сопротивление

Формула

1) (ρl)/S
2) I² · R
3) A/q
4) q/t
5) I · U · t

8. Кипятильник нагревает 1,2 кг воды от 12 °С до кипения за 10 минут. Определите ток, потребляемый кипятильником, если он рассчитан на напряжение 220 В.

КПД кипятильника 90%. Удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг · °С).

4 вариант

1. Ток в электронагревательном приборе 5 А. Чему равен заряд, который пройдет через нагреватель за 3 минуты?

1) 15 Кл
2) 36 Кл
3) 900 Кл
4) 3600 Кл

1) 0,125 Ом
2) 2 Ом
3) 16 Ом
4) 8 Ом

3. Если напряжение между концами проводника и его длину уменьшить в 2 раза, то сила тока, протекающего через проводник,

1) уменьшится в 2 раза
2) не изменится
3) увеличится в 2 раза
4) уменьшится в 4 раза

4. Рассчитайте общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если сопротивление каждого элемента цепи равно 1 Ом.

1) 3 Ом
2) 2 Ом
3) 1,5 Ом
4) 1/3 Ом

5. При силе тока 0,6 А сопротивление лампы равно 5 Ом. Определите мощность электрического тока лампы.

1) 0,06 Вт
2) 1,8 Вт
3) 3 Вт
4) 15 Вт

6. Чему равно напряжение на концах проводника, если при прохождении по нему электрического тока 4 А в течение 7,5 минут выделяется 216 кДж теплоты?

1) 0,12 В
2) 7,2 В
3) 120 В
4) 7200 В

Физическая величина

А) Сила тока
Б) Напряжение
В) Мощность

Единицы измерения

1) Джоуль
2) Ампер
3) Вольт
4) Ватт
5) Ом

8. Троллейбус движется равномерно по горизонтальному участку пути со скоростью 36 км/ч. Сила сопротивления, действующая на троллейбус, равна 2,2 кН. Найдите силу тока в обмотке двигателя, если напряжение на клеммах двигателя 550 В, а КПД равен 80% .

Ответы на контрольную работу по физике Постоянный ток
1 вариант
1-2
2-1
3-3
4-3
5-1
6-4
7-513
8. ≈ 5,73 А
2 вариант
1-4
2-4
3-3
4-3
5-2
6-1
7-451
8. 50%
3 вариант
1-1
2-4
3-2
4-4
5-2
6-2
7-431
8. ≈ 3,73 А
4 вариант
1-3
2-4
3-2
4-3
5-2
6-3
7-234
8. 50 А

Контрольная работа №1 по теме Постоянный электрический ток

Контрольная работа №1 по теме «Постоянный электрический ток»

Вариант 2.

1. (1 балл) Укажите букву правильного ответа:

Длина латунного и серебряного цилиндрических проводников одинакова. Диаметр латунного проводника в 4 раза больше серебряного. Во сколько раз сопротивление серебряного проводника больше латунного, если удельное сопротивление серебра в 5 раз меньше, чем латуни?

А. 3,2 Б. 4 В. 6 Г. 7,2 Д. 8

2. (1 балл) Укажите букву правильного ответа:

Определите направление и величину силы тока в резисторе, пренебрегая внутренним сопротивлением источников тока.

А. Влево, 0,4 А Б. Вправо, 0,4 А

В. Влево, 1,2 А Г. Вправо, 1,2 А

Д. Вправо, 4 А

3. (1 балл) Укажите букву правильного ответа:

В электрической цепи, приведённой на рисунке, через амперметр А протекает ток силой I=3А. сопротивления резисторов R1=10 Ом и R2=5 Ом. Найдите силу тока I1, протекающего через амперметр А1. Внутренним сопротивлением амперметров и источника тока можно пренебречь

А. 1 А Б. 2 А В. 3 А Г. 4 А Д. 5 А

4. (2 балла) Решите задачу:

Какая из следующих мер позволит уменьшить силу тока через источник тока в 2 раза? Сопротивлением источника и подводящих проводов можно пренебречь.

I. Заменить источник тока аккумулятором с ЭДС

12 В.

II. Отсоединить цепочку резисторов с сопротивлениями 1 Ом и 3 Ом.

III. Использовать в качестве внешнего

сопротивления между точками А и В резистор с сопротивлением 1 Ом.

А. Только Б. Только II В. Только III Г. I и II Д. II и III

Контрольная работа по физике. 8 класс. Тема: «Постоянный ток». Вариант 3

{module Адаптивный блок Адсенс в начале статьи}

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ

8 КЛАСС

ТЕМА: «ПОСТОЯННЫЙ ТОК»

ВАРИАНТ 3

Уровень А

1. Время разряда молнии равно 3 мс. Сила тока в канале молнии около 30 кА. Какой заряд проходит по каналу молнии?

1) 90 Кл

2) 0,1 мкКл

3) 90 кКл

4) 0,1 мКл

2. На рисунке изображен график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

1) 0,25 Ом

2) 2 Ом

3) 8 Ом

4) 4 Ом

1) не изменится

2) уменьшится в 4 раза

3) увеличится в 4 раза

4) увеличится в 2 раза

4. Сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, равно

1) 9 Ом

2) 8 Ом

3) 4 Ом

4) 3 Ом

5. На корпусе электродрели укреплена табличка с надписью: «220 В, 500 Вт». Найдите силу тока, потребляемого электродрелью при включении в сеть.

1) 55000 А

2) 2,27 А

3) 1,14 А

4) 0,88 А

1) 1600 Дж

2) 96 кДж

3) 24 кДж

4) 400 Дж

Уровень В

7. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА	ФОРМУЛА
А) Сила тока	1) ρl / S
Б) Напряжение	2) I² · R
В) Сопротивление	3) A / q
	4) q / t
	5) I · U · t

А	Б	В

Уровень С

8. Кипятильник нагревает 1,2 кг воды от 12 ^°С до кипения за 10 минут. Определите ток, потребляемый кипятильником, если он рассчитан на напряжение 220 В. КПД кипятильника 90 %. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж / (кг · ^°С).

{module Адаптивный блок Адсенс в конце статьи}

Контрольная работа № 7. Законы постоянного тока. Электрический ток в различных средах.

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

Часть 1

А1. По проводнику течет постоянный электрический ток. Значение заряда, прошедшего через проводник, возрастает с течением времени согласно графику, представленному на рисунке. Сила тока в проводнике равна

1) 36 А 2) 16 А 3) 6 А 4) 1 А

А2.Через участок цепи (см. рисунок) течет постоянный ток I = 10 А. Какую силу тока показывает амперметр? Сопротивлением амперметра пренебречь.

1) 1А 2) 2 А 3) 3 А 4) 5 А

А3.Пять одинаковых резисторов с сопротивлением r =1 Ом соединены в электрическую цепь, схема которой представлена на рисунке. По участку ABидёт ток I = 4 А. Какое напряжение показывает идеальный вольтметр?

1) 3 В 2) 5 В 3) 6 В 4) 7 В

А4.Каким будет сопротивление участка цепи (см. рисунок), если ключ К замкнуть? Каждый из резисторов имеет сопротивление R.

1) R 2) 2R 3) 3R 4) 0

А5.К источнику тока с ЭДС = 6 В подключили реостат. На рисунке показан график изменения силы тока в реостате в зависимости от его сопротивления. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?

1) 0 2) 0,5 Ом

3) 1 Ом 4) 2 Ом

А6.Радиоприёмник включён в сеть напряжением 120 В. Сила тока в цепи 0,4 А. Какая работа совершается электрическим током в радиоприёмнике за 0,5 ч?

1) 24 кДж 2) 2,88 кДж 3) 86,4 кДж 4) 1,44 кДж

А7.Комната освещается из четырёх одинаковых параллельно включённых лампочек. Расход электроэнергии за час равен Q. Каким будет расход электроэнергии в час, если в квартире включить ещё четыре таких же параллельно соединённых лампочки?

1) 4Q 2) Q 3) Q 4) 2Q

А8. Носителями тока в растворах и расплавах солей являются:

1) ионы 2) электроны

3) дырки 4) молекулы

А9.В четырёхвалентный кремний добавили первый раз трёхвалентный индий, а второй раз пятивалентный фосфор. Каким типом проводимости в основном будет обладать полупроводник в каждом случае?

1) в первом случае — дырочной, во втором — электронной

2) в первом случае — электронной, во втором — дырочной

3) в обоих случаях — электронной

4) в обоих случаях — дырочной

А10.В процессе электролиза масса медного катода за 1 ч увеличилась на 18 г. Электрохимический эквивалент меди равен 3,33 • 10^–6 кг/Кл. Какова сила тока, пропускаемого через электролитическую ванну?

1) 15,15 А 2) 7,58 А 3) 1,5 А 4) 0,064 А

А11. Какой из графиков (рис.) соответствует зависимости удельного сопротивления металлов от температуры?

А12.На рис 1показана зависимость напряжения от времени. На рис 2 показана схема, в которой вольтметр измеряет это напряжение. В какие интервалы времени сила тока, измеряемого амперметром, не равна нулю? (Диод идеален.)

1) от 0 до 3 с 2) от 0 до 1 с и от 2 до 3

3) от 1 до 2 с 4) ни в один из промежутков времени

А13.Ученик исследовал зависимость тепловой мощности Р, выделяющейся на реостате R, от силы тока в цепи. При проведении опыта реостат был подключён к источнику постоянного тока. График полученной зависимости приведён на рисунке.

Какое утверждение соответствует результатам опыта:

А.При коротком замыкании в цепи сила тока будет равна 6 А.

Б.При силе тока в цепи 3 А на реостате выделяется минимальная мощность

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

Часть 2

В1. К концам длинного однородного металлического проводника приложено напряжение U.Провод заменили на такой же, но в 2 раза длиннее и приложили к нему прежнее напряжение U. Как изменятся при этом сопротивление проводника, сила тока в проводнике и потребляемая им мощность?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться

Сопротивление проводника	Сила тока	Потребляемая мощность

В2.В электрической цепи, состоящей из источника и реостата, источник тока заменяют на другой, с той же ЭДС, но бóльшим внутренним сопротивлением. Как изменяются при этом следующие физические величины: общее сопротивление цепи, сила тока в ней и напряжение на реостате?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1) увеличилась

2) уменьшилась

3) не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться

Общее сопротивление цепи	Сила тока в цепи	Напряжение на реостате

В3. Исследуется электрическая цепь, собранная по схеме, представленной на рисунке. Определите формулы, которые можно использовать для расчётов показаний амперметра и вольтметра. Измерительные приборы считать идеальными.

Установите соответствие между физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПОКАЗАНИЯ ПРИБОРОВ	ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЁТОВ ПОКАЗАНИЙ ПРИБОРОВ
А) показания амперметра	1)
Б) показания вольтметра	2) ε(R + R_p + r)
	3) ε –
	4)

Часть 3

C1.В схеме, показанной на рисунке, вольтметр и амперметр можно считать идеальными, а источник тока имеет конечное сопротивление. Движок реостата R передвинули, и показания амперметра увеличились. Куда передвинули движок реостата и как изменились показания вольтметра? Ответ обоснуйте, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали.

С2. К концам однородного медного цилиндрического проводника длиной 10 м приложили разность потенциалов 1 В. Определите промежуток времени, в течение которого температура проводника повысится на 10 К. Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь.

С3.Конденсатор, ёмкостью 2 мкФ присоединён к источнику постоянного тока с ЭДС 3,6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом. Сопротивления резисторов R₁ =4 Ом, R₂ =7 Ом, R₃ =3 Ом. Чему равно напряжение между обкладками конденсатора? Каков заряд на левой обкладке конденсатора?

Литература:

1. Орлов В.А, Ханнанов Н.К. Единый государственный экзамен 2002. Контрольные измерительные материалы. М: Просвещение 2002

2. Единый государственный экзамен: физика: контрольные измерительные материалы: 2005 2006 / под общ. ред. И.И. Нурминского. М: Просвещение 2006

3. А.А. Фадеева. Физика. Тренировочные задания. М: Эксмо, 2010

4. С.Б. Бобошина. Физика. Практикум по выполнению типовых тестовых заданий. М: Издательство «Экзамен», 2011

5. ЕГЭ 2012. Физика: типовые экзаменационные варианты: 32 варианта. Под редакцией М.Ю. Демидовой. М: Национальное образование, 2011

6. О.Ф. Кабардин, С.И. Кабардина, В.А. Орлов, С.Б. Бобошина, О.И. Громцева. Физика. Типовые тестовые задания. М: Издательство «Экзамен», 2013

7. Г.Н. Степанова, А.П. Степанов. Сборник вопросов и задач по физике. Профильная школа 10 – 11 классы. Санкт – Петербург «СТП ШКОЛА», 2005

8. Демонстрационный вариант контрольных измерительных материалов единого государственного экзамена 2005, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014 г по физике

9. Экзаменационные материалы ЕГЭ по физике 2013 (www.rustest.ru)

Контрольная работа по теме «Законы постоянного тока»

Цель: выявить прочность и глубину усвоения знаний обучающихся по данной теме.

1. (1 балл)

Направление электрического тока в металлическом проводнике:

1) совпадает с направлением движения положительных ионов решётки

2) противоположно направлению движения положительных ионов решётки

3) противоположно среднему направлению движения свободных электронов

4) совпадает со средним направлением движения свободных электронов относительно ионов решётки

2. (1 балл)

На рисунке изображен график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах. Чему равно сопротивление проводника?

0,125 Ом

2 Ом

16 Ом

10 Ом

3. (1 балл)

Сопротивление между точками А и В участка электрической цепи, представленной на рисунке, равно:

1) 14 Ом

2)8 Ом

3) 7 Ом

4) 6 Ом

4. (1 балл)

По проводнику с сопротивлением R течет ток I. Как изменится количество теплоты, выделяющееся в проводнике в единицу времени, если его сопротивление увеличить в 2 раза, а силу тока уменьшить в 2 раза?

1) увеличится в 2 раза

2) уменьшится в 2 раза

3) не изменится

4) уменьшится в 8 раз

5. (1 балл)

К источнику тока с внутренним сопротивлением 0,5 Ом подключили реостат. На рисунке показан график зависимости силы тока в реостате от его сопротивления. Чему равна ЭДС источника тока?

1) 12 В

2) 6 В

3) 4 В

4) 2 В

6. (1 балл)

Через резистор, подключенный к источнику тока, протекает постоянный электрический ток силой 2 А. На рисунке изображен график зависимости количества теплоты Q, выделяющегося в этом резисторе, от времени t. Напряжение на этом резисторе равно:

3,54 В
375 В
12,5 В
50 В

7. (2 балла)

Как изменятся показания вольтметра и амперметра, если ползунок реостата передвинуть вниз? (r=0)

1) показания вольтметра не изменятся, амперметра — увеличатся

2) показания вольтметра не изменятся, амперметра – уменьшатся

3) показания обоих приборов увеличатся

4) показания обоих приборов уменьшатся

8. (2 балла)

Как изменятся показания амперметра, если разомкнуть ключ?

увеличатся, так как сопротивление цепи уменьшится.
уменьшатся, так как сопротивление цепи возрастёт.
уменьшатся, так как сопротивление цепи уменьшится.
увеличатся, так как сопротивление цепи возрастёт.

9. (2 балла)

При лечении электростатическим душем к электродам прикладывается разность потенциалов 10⁵ В. Какой заряд проходит между электродами за время процедуры, если известно, что электрическое поле совершает при этом работу, равную 1800 Дж? Ответ выразите в мКл.

Ключ к тесту

№ вопроса	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Правильный ответ	4	4	2	2	2	3	1	2	18мКл
Балл	1	1	1	1	1	1	2	2	2

Критерии оценки выполнения работы

Оценка	Число баллов
“3” (удовлетворительно)	от 6 до 7 баллов
“4” (хорошо)	от 8 до10 баллов
“5” (отлично)	от 11 до 12 баллов

Два заряженных шарика, подвешенных на нитях одинаковой длины, опускают в керосин

Примеры решения задач по э

лектростатике — постоянный электрический ток

Два заряженных шарика, подвешенных на нитях одинаковой длины, опускают в керосин. Какой должна быть плотность материала шариков, чтобы угол расхождения нитей в воздухе и в керосине был один и тот же?

ρ = 800 кг/м³

ε = 2

На рисунках изображены силы, действующие на один из шариков, находящихся: 1) в воздухе; 2) в керосине.

Запишем уравнение равновесия шарика в проекциях на оси координат.

1) N₁sin(α/2)–F_э₁ = 0

N₁cos(α/2)–mg = 0

2) N₂sin(α/2)–F_э₂ = 0

F_A+N₂cos(α/2)–mg = 0

Учитывая, что

и исключая из уравнений N₁ и N₂, получим:

Учитывая, что архимедова сила равна F_A = ρVg = ρmg/ρ₀, получим

ρ₀ ― ?

Ответ: ρ₀ = 1600 кг/м³.

2. Тонкий стержень длиной 10 см равномерно заряжен положительным зарядом 10^-7 Кл. Найти силу, действующую на точечный заряд 2∙10^-9 Кл, расположенный на продолжении стержня на расстоянии 20 см от него. Найти напряженность поля в точках, лежащих на продолжении стержня, как функцию расстояния до стержня.

Решение.

Покажем рисунок. Выделим на расстоянии х от заряда на стержне бесконечно малый участок dx

заряд этого участка можно считать точечным

напряженность поля этого заряда в тА равна

Проинтегрируем

получим

это равенство представляет собой функцию зависимости напряженности от расстояния до стержня

сила со стороны электрического поля на помещенный заряд равна

вычислим

F ― ?

Ответ:

3. Электростатическое поле создается двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными равномерно одноименными зарядами с поверхностными плотностями соответственно 2 нКл/м² и 4 нКл/м². Определить напряженность электрического поля между плоскостями и за пределами плоскостей. Построить график изменения напряженности вдоль линии, перпендикулярной плоскостям.

σ₁ = 2 нКл/м² = 2∙10⁻⁹ Кл/м²

σ₂ = 4 нКл/м²= 4∙10⁻⁹ Кл/м²

На рисунке показаны направления векторов E1 и E2 напряженности полей, создаваемых соответственно первой и второй пластинками.

При условии, что расстояние между пластинами намного меньше размеров пластин эти напряженности равны

Если за положительное направление суммарного вектора

напряженности поля выбрать направление оси x, то напряженность в каждой части пространства равна

Е ― ?

Ответ: E_I = –339 В/м; E_II = –113 В/м; E_III = 339 В/м.

4. Заряд 1 нКл переносится в воздухе из точки, находящейся на расстоянии 1 м от бесконечно длинной, равномерно заряженной нити, в точку на расстоянии 10 см от нее. Определить работу, совершаемую против сил поля, если линейная плотность заряда нити 1 мкКл/м. Какая работа совершается на последних 20см пути?

Дано:

Q = 10^-9 Кл

r₁ = 1 м

r₀ = 0,1 м

τ = 1*10^-6 Кл/м

r₂ = 0,2 м

ε = 1

Решение.

Работа внешней силы по перемещению заряда Q из точки поля с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₀ равна

Бесконечная, равномерно заряженная нить с линейной плотностью заряда τ создаёт аксиально симметричное поле напряжённостью

Напряжённость и потенциал этого поля связаны соотношением

, откуда

Разность потенциалов точек поля на расстоянии r₁ и r₀ от нити

Подставляя в формулу (1) найденное выражение для разности потенциалов из (2), определим работу, совершаемую внешними силами по перемещению заряда из точки, находящейся на расстоянии 1 м, до точки, расположенной на расстоянии 0,1 м от нити:

Работа по перемещению заряда на последних 20 см пути равна

Найти:

A₁,A₂ — ?

Ответ:

5. Между двумя вертикальными пластинами на одинаковом расстоянии от них падает пылинка. Вследствие сопротивления воздуха пылинка падает с постоянной скоростью 2 см/с. Через какое время после подачи на пластины разности потенциалов 3 кВ пылинка достигнет одной из пластин? Какое расстояние по вертикали она пролетит до попадания на пластину? Расстояние между пластинами 2 см, масса пылинки 2∙10^-9г, ее заряд 6,5∙10^-17 Кл.

2 решения

1-е решение — считаем, что пылинка — шарик в вязкой среде (т.е. применима формула Стокса), и что скорость устанавливается значительно быстрее, чем пылинка достигнет пластины.

2-е решение — считаем, что сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости.

Первое решение

v₁ = 2 см/с = 0,02 м/с

U = 3 кВ = 3∙10³ В

d = 2 см = 0,02 м

m = 2×10^–9 г = 2×10^–12 кг

q = 6,5×10^–17 Кл

На пылинку в вертикальном направлении действуют сила тяжести mg и сила сопротивления воздуха F_c1. Так как скорость падения пылинки постоянна, эти силы уравновешены:

По закону Стокса сила сопротивления вязкой среды для шара

где ρ — радиус шара,

η — коэффициент вязкости,

v₁ — скорость шара.

В горизонтальном направлении на пылинку действует силы сопротивления воздуха F_c, и сила F_e со стороны электрического поля:

Из-за сопротивления воздуха в горизонтальном направлении становится некоторая постоянная скорость v₂. Значит, силы F_e и F_c уравновесятся:

Время движения пылинки

За это время по вертикали пылинка пролетит путь

t — ?

l — ?

Ответ: t = 1 с; l = 2 см.

Второе решение

v₁ = 2 см/с = 0,02 м/с

U = 3 кВ = 3∙10³ В

d = 2 см = 0,02 м

m = 2×10^–9 г = 2×10^–12 кг

q = 6,5×10^–17 Кл

Выясним порядок этих сил:

Силы сравнимы. Нужно учитывать силу сопротивления воздуха при движении в горизонтальном направлении. Сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости:

где C — коэффициент пропорциональности;

По второму закону Ньютона в горизонтальном направлении ускорение пылинки равно

Проинтегрируем уравнение по пути частицы в горизонтальном направлении:

Из уравнения (1) найдем время полета пылинки до пластины:

За это время по вертикали пылинка пролетит путь

t — ?

l — ?

Ответ: t = 1,91 с; l = 3,82 см.

6. Два конденсатора емкостью 10^-10 Ф и 2∙10^-10 Ф каждый соединены последовательно, заряжены до разности потенциалов 600 В и отключены от батареи. Конденсаторы, не разряжая, разъединяют и соединяют параллельно. Найти изменение заряда на каждом конденсаторе и разность потенциалов, которая установится.

Дано:

С₁ = 10^-10 Ф

С₂ = 2∙10^-10 Ф

U₀ = 600 В

Решение.

При последовательном соединении конденсаторов заряд на каждом конденсаторе

Этот же заряд сохранится на каждом конденсаторе и после их разъединения.

При параллельном соединении разность потенциалов

Заряд системы в этом случае:

, где q₁ и q₂ – заряды на каждом из конденсаторов после параллельного соединения, причём

Из приведённых ниже соотношений получаем:

Изменение зарядов на каждом конденсаторе будет равно:

Найти:

U — ?

∆q₁ — ?

∆q₂ — ?

Ответ:

7. Какой заряд пройдет по проводнику, если в течение 10 с сила тока уменьшилась от 10 А до 5 А? Рассмотреть два случая: 1) сила тока уменьшалась равномерно; 2) сопротивление проводника равномерно возрастало в течении указанного промежутка времени, а разность потенциалов на концах проводника поддерживалась постоянной.

Дано:

t = 10 с

I₀ = 10 А

I = 5 А

Решение.

1)Величина заряда dq, проходящего через поперечное сечение проводника за время dt, связана с силой тока соотношением

Если в эту формулу вместо элементарных величин dq и dt подставить конечные q и t, то получим среднее значение силы тока I_ср за время t, то есть

Отсюда искомый заряд

Поскольку сила тока в цепи изменялась равномерно, то есть являлась линейной функцией времени, в качестве среднего значения I_ср, можно взять среднее арифметическое между начальным и конечным значением силы тока за время t. Следовательно,

2) Теперь равномерно изменяется не сила тока, а сопротивление R. Это значит, что величина R является линейной функцией времени, то есть

где R₀ и R – соответственно начальное и конечное сопротивления проводника, k – постоянная величина, выражающая скорость изменения сопротивления. Тогда по закону Ома для участка однородной цепи получим:

Видим, что в этом случае зависимость силы тока от времени не является линейной, поэтому соотношение (1) здесь неприменимо. Однако при любой зависимости силы тока от времени можно записать на основании

Подставив вместо силы тока её значение по формуле (3), выполним интегрирование:

Преобразовав этот результат с учётом формулы (2) и соотношений

, найдём:

Подставив в формулу числовые значения величин, получим:

Найти:

q — ?

Ответ:

8.Два отрезка медной проволоки длиной по 1 м и диаметром 0,1 мм и 0,2 мм, подключённые (поочерёдно) к зажимам гальванического элемента, нагреваются до одинаковой температуры. Определить его внутреннее сопротивление. Считать отдачу теплоты проволокой в окружающее пространство при постоянной температуре пропорциональной площади её поверхности.

Дано:

l = 1 м

d₁ = 0,1 мм

d₂ = 0,2 мм

Считать отдачу теплоты проволокой в окружающее пространство при постоянной температуре пропорциональной площади её поверхности.

Решение.

При установившемся тепловом режиме, когда температура проволоки перестанет повышаться, количество теплоты, выделенное током в 1 с, согласно закону сохранения энергии, должно быть равно количеству теплоты, рассеянному за то же время проволокой в окружающее пространство, то есть должно выполняться равенство:

Мощность тока

выразим через внутреннее сопротивление источника и диаметр проволоки, воспользовавшись законом Ома для замкнутой цепи и формулой сопротивления проводника:

С другой стороны, согласно условию задачи, имеем

где S’ – площадь поверхности проволоки, вычисленная как площадь боковой поверхности цилиндра, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от температуры проволоки. Подставив в уравнение (1) значения P тока и P расс по формулам (2) и (3) и произведя сокращения, получим

Поскольку при постоянной температуре все величины, стоящие в правой части формулы (4), постоянны, должно выполняться равенство

так как диаметрам проволоки d₁и d₂ соответствует по условию одинаковая температура. Чтобы решить уравнение (5) относительно неизвестного r, извлечём из обеих частей уравнения квадратный корень:

Так как все слагаемые, стоящие в левой части этого уравнения, — заведомо положительные величины, отрицательный знак перед корнем отбрасываем. Решив уравнение относительно r, найдём:

Взяв из таблиц значение удельного сопротивления меди, ρ = 1,7*10^-8 Ом*м, произведём вычисления:

Найти:

r — ?

Ответ:

Учебное пособие по физике: Электрический ток

Если два требования электрической цепи выполнены, заряд будет проходить через внешнюю цепь. Говорят, что есть ток — поток заряда. Использование слова current в этом контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Однако ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно. Как физическая величина, , ток — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи.Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если можно измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t . Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.

Текущее — это величина ставки. В физике есть несколько скоростных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение. Математически скорость — это отношение изменения положения к времени.Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это отношение изменения скорости к времени. А мощность — это величина скорости — скорость, с которой работа выполняется на объекте. Математически мощность — это отношение работы к времени. В каждом случае величины скорости математическое уравнение включает некоторую величину во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении для обозначения величины тока используется символ I .

Как обычно, когда количество вводится в Физическом классе, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины. Стандартная метрическая единица измерения тока — ампер . Ампер часто сокращается до Ампер и обозначается символом А . Ток в 1 ампер означает, что 1 кулон заряда проходит через поперечное сечение провода каждую 1 секунду.

1 ампер = 1 кулон / 1 секунда

Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций.Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация. Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.

Провод изолируют поперечным сечением 2 мм и определяют, что заряд 20 C пройдет через него за 40 с.	Сечение провода длиной 1 мм изолируется, и определяется, что заряд 2 Кл проходит через него за 0,5 с.
I = _____ Ампер	I = _____ Ампер

Обычное направление тока

Частицы, которые переносят заряд по проводам в цепи, являются подвижными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически, носители заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах являются одновременно положительными и отрицательными зарядами, движущимися в противоположных направлениях.

Бен Франклин, проводивший обширные научные исследования статического и токового электричества, считал положительные заряды носителями заряда. Таким образом, раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено в том направлении, в котором будут двигаться положительные заряды. Это соглашение прижилось и используется до сих пор. Направление электрического тока условно является направлением движения положительного заряда. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Электроны действительно будут двигаться по проводам в противоположном направлении. Зная, что настоящими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это соглашение, которое используется во всем мире, и к которому студент-физик может легко привыкнуть.

Зависимость тока от скорости дрейфа

Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени.Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа количества. Скорость дрейфа означает среднее расстояние, пройденное носителем заряда за единицу времени. Как и скорость любого объекта, скорость дрейфа электрона, движущегося по проводу, представляет собой отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона через проволоку можно описать как довольно хаотический зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления электрона.Однако из-за столкновений с атомами в твердой сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает движение до , перемещаясь вперед на . Прогресс всегда идет к положительному полюсу. Однако общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями заключается в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи ненормально мала. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час.Это медленно!

Тогда можно спросить: как может быть в цепи ток порядка 1 или 2 ампер, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует много-много носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку в цепи. Сильный ток является результатом нескольких кулонов заряда, пересекающих поперечное сечение провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, тогда не обязательно должна быть высокая скорость, чтобы иметь большой ток.То есть носителям заряда не нужно преодолевать большое расстояние за секунду, их просто должно быть много, проходящих через поперечное сечение. Ток не имеет отношения к тому, насколько далеко заряды перемещаются за секунду, а скорее к тому, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.

Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, мы рассмотрим типичный провод, который используется в цепях домашнего освещения — медный провод 14-го калибра. В срезе этой проволоки длиной 0,01 см (очень тонком) их будет целых 3.51 x 10 ²⁰ атом меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов одновременно будут двигаться как носители заряда. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком 0,01-сантиметровом проводе будет целых 56 кулонов заряда. При таком большом количестве подвижного заряда в таком маленьком пространстве малая скорость дрейфа может привести к очень большому току.

Чтобы проиллюстрировать это различие между скоростью заноса и течением, рассмотрим аналогию с гонками.Предположим, что была очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах на очень широкой гоночной трассе. Черепахи не очень быстро двигаются — у них очень низкая скорость дрейф . Предположим, что гонка была довольно короткой — скажем, длиной 1 метр — и что значительный процент черепах достиг финишной черты в одно и то же время — через 30 минут после начала гонки. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пересекают точку за короткий промежуток времени.В этой аналогии скорость связана с тем, насколько далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток зависит от того, сколько черепах пересекли финишную черту за определенный промежуток времени.

Природа потока заряда

Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу после включения переключателя? Разве не будет заметной задержки перед тем, как носитель заряда перейдет от переключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему раскрывает значительную информацию о природе потока заряда в цепи.

Как было сказано выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель переводится в положение на , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем мобильным электронам в цепи, приказывая им начать марш с маршем .По получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях схемы, заставляя носители заряда повсюду двигаться в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с низкой скоростью, сигнал, который информирует о начале движения, движется со скоростью, составляющей долю от скорости света.

Электроны, которые зажигают лампочку в фонарике, не должны сначала пройти от переключателя через 10 см провода к нити накала.Скорее, электроны, которые зажигают лампочку сразу после того, как переключатель переведен в положение на , являются электронами, которые присутствуют в самой нити накала. Когда переключатель повернут, все подвижные электроны повсюду начинают движение; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее колбы. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые ответственны за зажигание лампы. Электроны движутся вместе, как вода в трубах дома.Когда кран поворачивается с на , вода в кране выходит из крана. Не нужно долго ждать, пока вода из точки входа в ваш дом пройдет по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водном контуре одновременно приводится в движение.

Развиваемая здесь картина потока заряда представляет собой картину, на которой носители заряда подобны солдатам, идущим вместе, повсюду с одинаковой скоростью.Их движение начинается немедленно в ответ на установление электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или расходуются. Хотя энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или лучше сказать, что электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом не удаляются из схема. И нет места в цепи, где бы начали скапливаться или накапливаться носители заряда.Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость потока заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, идущих вместе, повсюду с одинаковой скоростью.

Проверьте свое понимание

1.Говорят, что ток существует всякий раз, когда _____.

а. провод заряжен
г. аккумулятор присутствует
г. электрические заряды несбалансированные
г. электрические заряды движутся по петле

2. У тока есть направление. По соглашению ток идет в направлении ___.

а. + заряды перемещаются
г.- электроны движутся
г. + движение электронов

3. Скорость дрейфа подвижных носителей заряда в электрических цепях ____.

а. очень быстро; меньше, но очень близко к скорости света
г. быстрый; быстрее, чем самая быстрая машина, но далеко не скорость света
г. медленный; медленнее Майкла Джексона пробегает 220-метровую
г.очень медленно; медленнее улитки

4. Если бы электрическую цепь можно было сравнить с водяной цепью в аквапарке, то ток был бы аналогичен ____.

Выбор:

A. давление воды	Б. галлонов воды, стекающей с горки в минуту
С.вода	D. нижняя часть ползуна
E. водяной насос	F. верх горки

5. На схеме справа изображен токопроводящий провод. Две площади поперечного сечения расположены на расстоянии 50 см друг от друга. Каждые 2,0 секунды через каждую из этих областей проходит заряд 10 ° C.Сила тока в этом проводе ____ А.

а. 0,10	г. 0,25	г. 0,50	г. 1.0
e. 5,0	ф. 20	г. 10	ч.40
и. ни один из этих

6. Используйте диаграмму справа, чтобы заполнить следующие утверждения:

а. Ток в один ампер — это поток заряда со скоростью _______ кулонов в секунду.

г. Когда заряд 8 Кл проходит через любую точку цепи за 2 секунды, ток составляет ________ А.

г. Если через точку A (диаграмма справа) за 10 секунд расход заряда составляет 5 ° C, то ток равен _________ A.

г. Если ток в точке D равен 2,0 А, то _______ C заряда проходит через точку D за 10 секунд.

e. Если 12 ° C заряда пройдет мимо точки A за 3 секунды, то 8 C заряда пройдут мимо точки E за ________ секунд.

ф. Верно или неверно:

Ток в точке E значительно меньше тока в точке A, поскольку в лампочках расходуется заряд.

электромагнетизм — Почему ток в цепи постоянный, если есть постоянное электрическое поле?

: разность потенциалов, создаваемая аккумулятором, заставляет носители заряда поток из-за электрической силы, которую можно представить, имея электрическое поле повсюду в цепи.

Разность потенциалов, создаваемая аккумулятором, вызывает протекание носителей заряда только в том случае, если к клеммам аккумулятора подключена нагрузка.Если нагрузка не подключена, существует разность потенциалов между клеммами аккумулятора, но нет потока носителей заряда.

У меня такой вопрос — если носители заряда в цепи движимый электрической силой, тогда как ток может быть постоянным? стоимость? Я предполагаю, что сила тока является мерой того, сколько заряда пересекает площадь поперечного сечения, перпендикулярную направлению потока, за раз; кроме того, не должны составлять скорости заряда носители в направлении потока, который пропорционален току, увеличиваются из-за электрической силы, которая мотивирует их в этом направление?

Сила электрического поля заставляет кинетическую энергию носителей заряда течь, но столкновения между носителями заряда и атомами / молекулами электрического сопротивления в цепи забирают эту кинетическую энергию и рассеивают ее в виде тепла.Это непрерывный процесс, в котором электрическое поле передает кинетическую энергию зарядам, а столкновения забирают кинетическую энергию, что сохраняет скорость носителей заряда (то есть скорость дрейфа) и, следовательно, постоянный ток. Конечным результатом является то, что электрическая потенциальная энергия, передаваемая носителями заряда аккумулятором, преобразуется либо в тепло в сопротивлении, либо сохраняется в виде потенциальной энергии в электрических полях емкости или кинетической энергии в магнитных полях индуктивности.

Размышляя над этим вопросом, я пришел к возможному объяснению связанных с законом Ома — мой учебник сравнивает сопротивление с фрикционным сила, вызванная скоплением столкновений, испытанных зарядом носитель (что приводит к изменениям скорости против направления потока).

И это действительно хорошая механическая аналогия. Допустим, вы толкаете ящик с постоянной скоростью по полу с трением на расстояние d. Применяемая вами сила аналогична силе электрического поля.Коробка аналогична зарядке. А трение о пол аналогично электрическому сопротивлению. Коробка, движущаяся с постоянной скоростью, аналогична постоянному току. Работа, которую вы выполняете (Fxd), деленная на массу m, аналогична падению напряжения (работа на единицу заряда).

Продолжая, я бы предположил, что при заданном напряжении и заданном сопротивление, ток изменяется так, что оба оказывают равное эффективное сил на носители заряда — это означает, что резистор будет только уметь применять определенное количество общей силы (работы) в время, и, следовательно, плату за раз необходимо изменить, чтобы гарантировать, что работа от одной зарядки эквивалентна напряжению (последний бит кажется наиболее сомнительно для меня).

Небольшие проблемы с отслеживанием вас. Но вы должны понимать, что разность потенциалов или напряжение между выводами резистора равна работе, необходимой на единицу заряда, или Джоулям / Кулону, для перемещения заряда между выводами резистора. Затем, поскольку ток в резисторе — это заряд в единицу времени, кулонов в секунду, движущийся через любую точку резистора, тогда мощность, рассеиваемая в резисторе в виде тепла, равна напряжению, умноженному на ток, или Джоулям / Кулонам x Кулонам / Сек = Джоули / сек = Вт.

Также, когда вы сказали «разность потенциалов или напряжение между клеммы резистора равны требуемой работе, на единицу заряд … переместить заряд между выводами резистора »- уточнить — если эта работа за плату является комбинацией обоих сопротивление и ток, а ток — это заряд за время, означает ли это сопротивление — это работа за раз?

Во-первых, то, что я сказал, — это электротехническое определение разности потенциалов или напряжения.В вашем примере он представляет работу, необходимую батарее на единицу заряда, чтобы переместить заряд через сопротивление.

Во-вторых, определение напряжения не зависит от тока. На клеммах аккумулятора есть напряжение, когда он ни к чему не подключен, т.е. когда нет тока. Но соотношение между током и напряжением на резисторе постоянного сопротивления определяется законом Ома.

В-третьих, сопротивление — это не работа в единицу времени.Работа в единицу времени — это мощность, рассеиваемая в резисторе, и равна $ VI $ {Джоули / Кул x Колл / сек = Вт).

Надеюсь, это поможет.

Текущее электричество — Science World

Цели

Опишите компоненты, необходимые для замыкания электрической цепи.
Продемонстрируйте различные способы завершения цепи (параллельной или последовательной).
Определите, как электричество используется в бытовых приборах.
Опишите связь между электроном и текущим электричеством.

Материалы

Фон

Электричество используется для работы вашего мобильного телефона, силовых поездов и кораблей, для работы вашего холодильника и двигателей в таких машинах, как кухонные комбайны.Электрическая энергия должна быть заменена на другие формы энергии, такие как тепловая, световая или механическая, чтобы быть полезной.

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами. Атом обычно имеет одинаковое количество протонов (которые имеют положительный заряд) и электронов (которые имеют отрицательный заряд). Иногда электроны можно отодвинуть от своих атомов.

Электрический ток — это движение электронов по проводу.Электрический ток измеряется в ампер (ампер) и относится к количеству зарядов, которые перемещаются по проводу за секунду.

Для протекания тока цепь должна быть замкнута; Другими словами, должен быть непрерывный путь от источника питания через цепь, а затем обратно к источнику питания.

Параллельная цепь (вверху)

Цепь серии (внизу)

Напряжение иногда называют электрическим потенциалом и измеряется в вольт .Напряжение между двумя точками в цепи — это полная энергия, необходимая для перемещения небольшого электрического заряда из одной точки в другую, деленная на размер заряда.

Сопротивление измеряется в Ом и относится к силам, которые препятствуют протеканию электронного тока в проводе. Мы можем использовать сопротивление в своих интересах, преобразовывая электрическую энергию, потерянную в резисторе, в тепловую энергию (например, в электрической плите), световую энергию (лампочка), звуковую энергию (радио), механическую энергию (электрический вентилятор) или магнитную энергию. энергия (электромагнит).Если мы хотим, чтобы ток протекал напрямую из одной точки в другую, мы должны использовать провод с минимально возможным сопротивлением.

Аккуратная аналогия, помогающая понять эти тер мс: система водопроводных труб.

Напряжение эквивалентно давлению воды, которая выталкивает воду в трубу
Ток эквивалентен расходу воды
Сопротивление похоже на ширину трубы — чем тоньше труба, тем выше сопротивление и тем труднее проходит вода.

В этой серии заданий ученики будут экспериментировать с проводами, батареями и переключателями, чтобы создать свои собственные электрические цепи, одновременно изучая напряжение, ток и сопротивление.

Интересный факт!

Вы можете заметить, что символы для некоторых единиц СИ (Международной системы единиц) в этом плане урока написаны с заглавной буквы, например, вольт (В) и ампер (А), в отличие от тех, к которым вы привыкли. используя (м, кг).При названии единицы в честь человека принято использовать заглавную букву. В этих случаях подразделения были названы в честь Алессандро Вольта и Андре-Мари Ампера. Единица измерения сопротивления также была названа в честь человека (Георг Симон Ома), но использует символ Ω, который представляет греческую букву омега. Эти правила важно соблюдать, поскольку строчные и прописные буквы могут означать разные единицы измерения, такие как тонна (т) и тесла (Т). Единственным исключением является то, что для литров допустимо использовать L, поскольку букву «l» часто путают с цифрой «1»!

Словарь

амперметр : прибор, используемый для измерения электрического тока в цепи; единица измерения — амперы или амперы (А).
контур : Путь для прохождения электрического тока.
проводник : Вещество, состоящее из атомов, которые свободно удерживают электроны, что позволяет им легче проходить через него.
электрический ток : непрерывный поток электрического заряда, перемещающийся из одного места в другое по пути; требуется для работы всех электрических устройств; измеряется в амперах или амперах (A).
электрохимическая реакция : Реакция, которая чаще всего включает перенос электронов между двумя веществами, вызванный или сопровождаемый электрическим током.
электрод : проводник, по которому ток входит или выходит из объекта или вещества.
электрон : субатомная частица с отрицательным электрическим зарядом.
изолятор : Вещество, состоящее из атомов, которые очень прочно удерживают электроны, не позволяя электронам легко проходить сквозь них.
параллельная цепь : Тип схемы, которая позволяет току течь по параллельным путям. Электрический ток распределяется между разными путями.Если лампочки подключены в параллельную цепь, и одна из лампочек удалена, ток все равно будет течь, чтобы зажечь другие лампочки в цепи.
полупроводник : Вещество, состоящее из атомов, которые удерживают электроны с силой между проводником и изолятором.
последовательная цепь : Схема, в которой все компоненты соединены по единому пути, так что один и тот же ток течет через все компоненты. Если вынуть одну из лампочек, цепь разорвется, и ни одна из других лампочек не будет работать.
напряжение : Разность потенциалов между двумя точками в цепи, например, положительным и отрицательным полюсами батареи. Его часто называют «толчком» или «силой» электричества. Возможно наличие напряжения без тока (например, если цепь неполная и электроны не могут течь), но невозможно иметь ток без напряжения. Он измеряется в вольтах (В).
вольтметр : прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в цепи.

Другие ресурсы

г. до н.э. Hydro | Power Smart для школ

г. до н.э. Hydro | Изучение простых схем

г. до н.э. Hydro | Изучение последовательных и параллельных цепей

г. до н.э. Hydro | Электробезопасность

Как работает материал | Как работают светодиоды

Для покупки елочных мини-лампочек: Home Depot, Canadian Tire

Для приобретения небольших учебных лампочек (номиналом не более 2 вольт каждая): Boreal Science

Основы электрических испытаний

Работа специалиста по тестированию состоит в том, чтобы знать, какое тестовое оборудование использовать для решения поставленной задачи, а также понимать ограничения используемого тестового оборудования.

Электрические испытания в своей основной форме — это приложение напряжения или тока к цепи и сравнение измеренного значения с ожидаемым результатом. Электрическое испытательное оборудование проверяет математические расчеты схемы, и каждая единица испытательного оборудования предназначена для конкретного применения.

Задача специалиста по тестированию состоит в том, чтобы знать, какое тестовое оборудование использовать для решения поставленной задачи, а также понимать ограничения используемого тестового оборудования.В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные образцы испытательного оборудования, используемые в полевых условиях.

Электрическое испытательное оборудование следует рассматривать как источник смертельной электрической энергии. Технические специалисты должны соблюдать все предупреждения по технике безопасности и соблюдать все практические меры предосторожности для предотвращения контакта с частями оборудования и соответствующими цепями, находящимися под напряжением, включая использование соответствующих средств индивидуальной защиты.

Связано: Обзор средств индивидуальной защиты от поражения электрическим током и дугового разряда

Мультиметр

Цифровые мультиметры — наиболее распространенный вид измерителей, используемых сегодня.Фотография: « Fluke

».

Также известный как VOM (вольт-омметр), мультиметр — это портативное устройство, которое объединяет несколько функций измерения (таких как напряжение, ток, сопротивление и частота) в одном устройстве.

Мультиметры

в основном используются для диагностики электрических проблем в широком спектре промышленных и бытовых устройств, таких как электронное оборудование, средства управления двигателями, бытовые приборы, источники питания и системы электропроводки.

Цифровые мультиметры — наиболее распространенный вид измерителей, используемых сегодня; однако аналоговые мультиметры все же предпочтительнее в некоторых случаях, например, при мониторинге быстро меняющегося значения или чувствительных измерениях, таких как проверка полярности трансформатора тока.

Мегомметр

Мегомметры — одно из наиболее часто используемых испытательных устройств. Фото: TestGuy

Мегаомметр, который чаще всего называют просто мегомметром, представляет собой особый тип омметра, который используется для измерения электрического сопротивления изоляторов.

Значения сопротивлений мегомметрами могут находиться в диапазоне от нескольких МОм до нескольких миллионов МОм (тераом). Мегомметры вырабатывают высокое напряжение через внутреннюю схему с батарейным питанием или ручной генератор с выходным напряжением от 250 до 15000 вольт.

Мегомметры являются одними из наиболее часто используемых единиц испытательного оборудования и могут использоваться для измерения изоляции различных типов оборудования, таких как автоматические выключатели, трансформаторы, распределительное устройство и кабели.

Связано: Основное испытательное оборудование: Тестер сопротивления изоляции

Омметр низкого сопротивления

10A DLRO (слева) и 100A DLRO (справа). Фотография: « Megger

».

Этот низкоомный омметр, часто называемый в полевых условиях DLRO, используется для высокоточных измерений сопротивления ниже 1 Ом.Омметры с низким сопротивлением вырабатывают токи постоянного тока низкого напряжения через питание от батареи с выходным током до 100 А.

Измерение сопротивления достигается с помощью четырех клемм, называемых контактами Кельвина. Две клеммы несут ток от измерителя (C1, C2), а два других позволяют измерителю измерять напряжение на резисторе (P1, P2). В измерителе этого типа любое падение напряжения, вызванное сопротивлением первой пары проводов и их контактным сопротивлением, не учитывается измерителем.

Омметры с низким сопротивлением

являются одними из наиболее часто используемых единиц испытательного оборудования и могут использоваться для измерения сопротивления различных типов оборудования, таких как автоматический выключатель и переключающие контакты, кабель и шинопровод, трансформаторы и генераторы, обмотки двигателя и предохранители. .

Набор для проверки гипотенциала (AC / DC / VLF)

Испытательные комплекты Hipot состоят из высоковольтного провода, возвратного провода и заземляющего провода. Фото: HV, Inc.

Испытание на диэлектрическую стойкость (или высоковольтное сопротивление) проверяет надежность изоляции в аппаратах среднего и высокого напряжения, в отличие от испытания на целостность цепи. Изоляция нагружена выше номинальных значений, чтобы гарантировать минимальные токи утечки из изоляции на землю.

Испытательные комплекты Hipot состоят из высоковольтного провода, возвратного провода и заземляющего провода.Высоковольтный провод подключается к тестируемому устройству, при этом все остальные компоненты заземляются, а результирующий ток измеряется через обратную проводку.

Если протекает слишком большой обратный ток, сработает внутренняя защита испытательного комплекта. Hipot-тест — это тест «годен, а не годен», это означает, что ток утечки не должен отключать испытательный комплект, но минимально допустимого значения не существует.

Выходное напряжение может находиться в диапазоне от 1 кВ до 100 кВ + переменного тока при частоте сети или постоянного тока в зависимости от тестируемого устройства.Испытание на устойчивость к очень низкой частоте (VLF) — это применение синусоидального сигнала переменного тока, обычно с частотой 0,01 0,1 Гц, для оценки качества электрической изоляции в высоких емкостных нагрузках, таких как кабели.

Связано: Обзор тестирования и диагностики силового кабеля

Набор для сильноточных испытаний (от 500A до 15000A +)

Сильноточный испытательный комплект первичного впрыска с присоединенным автоматическим выключателем. Фотография: « Megger

».

Сильноточный испытательный комплект может состоять из двух частей, известных как блок управления и блок вывода, или эти функции могут быть объединены в одном корпусе.Низковольтные и сильноточные выходы используются для проверки первичного впрыска выключателей низкого напряжения.

Испытательный комплект с высоким током или первичной инжекцией состоит из больших трансформаторов, которые понижают линейное напряжение (например, 480 В) до очень низкого уровня, например 2-15 В. Большое снижение напряжения позволяет значительно увеличить доступный выходной ток (15 кА +), особенно на короткое время.

Токовый выход управляется переключателем ответвлений и переменным резистором. Встроенные таймеры отображают период между включением и отключением тока, чтобы указать, сколько времени требуется для отключения автоматического выключателя.

Автоматические выключатели можно подключать напрямую к сильноточной испытательной установке через шину или кабель. В зависимости от размера, этот тип испытательного оборудования может также использоваться для проверки реле тока замыкания на землю и других реле тока путем прямого подключения к шине распределительного устройства.

Набор для вторичного тестирования

Автоматические выключатели

с полупроводниковыми и микропроцессорными расцепителями можно проверять, подавая вторичный ток напрямую в расцепитель, а не пропуская первичный ток через трансформаторы тока с использованием испытательного комплекта для сильноточного тока.Основным недостатком метода проверки подачи вторичного тока является то, что проверяются только логика и компоненты твердотельного расцепителя.

Вторичные испытательные комплекты разработаны производителями расцепителей для использования с расцепителями одного типа или семейства с использованием специального подключения. Наборы для испытаний могут варьироваться от простых ручных, кнопочных по дизайну до более сложных чемоданов, которые работают аналогично испытательному комплекту для первичного впрыска.

Переносные блоки

часто используются для отключения защитных функций расцепителей, таких как замыкание на землю, при проверке автоматических выключателей через первичный ввод.

Связано: Тестирование первичной и вторичной подачи для автоматических выключателей

Набор для проверки реле

Комплекты для проверки реле

оснащены несколькими источниками для проверки твердотельной и многофункциональной цифровой защиты. Фото: TestGuy

Это симуляторы энергосистем, используемые для тестирования устройств защиты, используемых в промышленных и энергетических системах. Комплекты для проверки реле оснащены несколькими источниками для проверки твердотельной и многофункциональной цифровой защиты, каждый канал напряжения и тока работает независимо для создания различных условий энергосистемы.

Высококачественное испытательное оборудование реле может проверять не только простые реле напряжения, тока и частоты, но и сложные схемы защиты, такие как защита линии с помощью связи и схемы защиты, в которых используются IED (интеллектуальные электронные устройства), соответствующие стандарту IEC61850.

Связано: Проверка и техническое обслуживание реле защиты

Набор для проверки коэффициента мощности

Примеры оборудования для проверки коэффициента мощности. Фото: TestGuy

Наборы для проверки коэффициента мощности

обеспечивают комплексный диагностический тест изоляции переменного тока для высоковольтного оборудования, такого как трансформаторы, вводы, автоматические выключатели, кабели, грозовые разрядники и вращающееся оборудование.

Испытательные напряжения обычно составляют 12 кВ и ниже, набор для проверки коэффициента мощности измеряет напряжение и ток тестируемого устройства с использованием эталонного импеданса. Все представленные результаты, включая потерю мощности, коэффициент мощности и емкость, получены из векторных значений напряжения и тока.

Испытания проводятся путем измерения емкости и коэффициента рассеяния (коэффициента мощности) образца. Измеренные значения изменятся при возникновении нежелательных условий, таких как наличие влаги на изоляции или внутри нее; наличие токопроводящих загрязняющих веществ в изоляционном масле, газе или твердых телах; наличие внутренних частичных разрядов и т. д.

Тестовые соединения включают один провод высокого напряжения, (2) провода низкого напряжения и заземление. Защитные выключатели и стробоскоп включены для защиты оператора, а датчик температуры используется для корректировки значений теста. Комплекты для проверки коэффициента мощности обычно работают с портативным компьютером, подключенным через USB или Ethernet.

Связано: 3 основных режима измерения коэффициента мощности

Набор для проверки сопротивления обмотки

Примеры оборудования для испытания сопротивления обмотки трансформатора.Фото: TestGuy

Измерение сопротивления обмотки — важный диагностический инструмент для оценки возможных повреждений обмоток трансформатора и двигателя. Сопротивление обмоток в трансформаторах изменится из-за короткого замыкания витков, слабых соединений или ухудшения контактов в переключателях ответвлений.

Измерения получаются путем пропускания известного постоянного тока через тестируемую обмотку и измерения падения напряжения на каждой клемме (закон Ома). Современное испытательное оборудование для этих целей использует мост Кельвина для достижения результатов; Вы можете представить себе набор для измерения сопротивления обмоток как очень большой омметр с низким сопротивлением (DLRO).

Комплекты для измерения сопротивления обмоток имеют (2) токовые провода, (2) провода напряжения и (1) заземляющий провод. Типичный диапазон тока комплекта для проверки сопротивления обмотки составляет 1–50 А. Было обнаружено, что более высокие токи сокращают время испытаний на сильноточных вторичных обмотках.

Связано: Описание испытаний сопротивления обмотки трансформатора

Набор для измерения коэффициента трансформации (TTR)

Схема подключения тестирования трехфазного ТТР. Фото: EEP.

Испытательный комплект TTR подает напряжение на высоковольтную обмотку трансформатора и измеряет результирующее напряжение от низковольтной обмотки, это измерение известно как коэффициент трансформации.Помимо коэффициента трансформации, блоки измеряют ток возбуждения, отклонение фазового угла между обмотками высокого и низкого напряжения и ошибку соотношения в процентах.

Комплекты для измерения коэффициента трансформации трансформатора

бывают разных стилей и различных типов соединений, однако все тестеры коэффициента трансформации имеют как минимум два верхних вывода и два нижних вывода. Напряжение возбуждения испытательного комплекта TTR обычно меньше 100 В.

Связано: Введение в испытание коэффициента трансформации трансформатора

Набор для испытаний трансформатора тока

Пример испытательного оборудования трансформатора тока

Фото: Megger

Испытательные комплекты

CT — это небольшие многофункциональные устройства, предназначенные для проведения испытаний на размагничивание, соотношение, насыщение, сопротивление обмотки, полярность, отклонение фазы и изоляцию трансформаторов тока.Высококачественное испытательное оборудование ТТ может напрямую подключаться к ТТ с несколькими коэффициентами и выполнять все испытания на всех отводах одним нажатием кнопки и без замены проводов.

Трансформаторы тока

можно испытывать в конфигурации оборудования, например, при установке в трансформаторы, масляные выключатели или распределительные устройства. Современный трансформатор тока с несколькими выходами по напряжению и току может использоваться в качестве испытательного комплекта реле при работе с портативным компьютером.

Связано: Объяснение 6 электрических испытаний трансформаторов тока

Набор для испытания атмосферных условий магнетрона (MAC)

Пример испытательного комплекта для испытания атмосферных условий магнетрона (MAC).Фото: Испытание вакуумного прерывателя

Традиционные полевые испытания вакуумных прерывателей используют испытание с высоким потенциалом для оценки диэлектрической прочности баллона, это испытание дает результат годен / не годен, который не определяет, когда или если давление газа внутри баллона снизилось. упал до критического уровня. В отличие от hipot-теста, тестирование вакуумных прерывателей с использованием принципов магнетронных атмосферных условий (MAC) может обеспечить жизнеспособные средства для определения состояния вакуумных прерывателей до отказа.

Тест магнитного поля настраивается путем простого помещения вакуумного прерывателя в катушку возбуждения, которая создает постоянный ток, который остается постоянным во время теста. К разомкнутым контактам прикладывается постоянное напряжение постоянного тока, обычно 10 кВ, и измеряется ток, протекающий через VI.

Набор для проверки сопротивления заземления

Оборудование для проверки сопротивления заземления с принадлежностями. Фотография: AEMC

Комплект для измерения сопротивления заземления работает путем подачи тока в землю между испытательным электродом и удаленным зондом, измеряет падение напряжения, вызванное почвой, до заданной точки, а затем использует закон Ома для расчета сопротивления.

Наборы для испытания сопротивления заземления

представлены в различных стилях, наиболее распространенными из которых являются 4-контактный блок для проверки удельного сопротивления грунта и трехконтактный блок для проверки падения потенциала. Медные стержни или аналогичные стержни используются для контакта с землей вместе с катушками с небольшими многожильными проводами для измерения больших расстояний.

Измерительные клещи для измерения сопротивления заземления измеряют сопротивление заземляющего стержня и сети без использования вспомогательных заземляющих стержней. Они предлагают точные показания без отключения тестируемой системы заземления, но имеют ограничения.

Связано: 4 Важные методы проверки сопротивления заземления

Регистратор мощности

Существует много различных типов регистраторов мощности, которые различаются по размеру, точности и вместимости. Фотография: « Fluke

». Регистраторы мощности

— это устройства, используемые для сбора данных о напряжении и токе, которые можно загрузить в программное обеспечение для анализа состояния электрической системы. Это инструменты для поиска и устранения неисправностей, которые используются для выявления электрических проблем, таких как скачки напряжения, провалы, мерцание и низкий коэффициент мощности.

Регистраторы мощности

также могут использоваться для измерения энергопотребления за определенный период времени, что полезно для инженеров, планирующих расширение системы, или для клиентов, желающих проверить свои счета за электроэнергию. Существует много различных типов регистраторов мощности, которые различаются по размеру, точности и вместимости.

Установка трехфазного регистратора мощности включает в себя обертывание проводов трансформаторами тока с разъемным сердечником и отсечение ряда выводов от напряжения системы и заземления. Регистратор настроен для измерения в соответствии с конфигурацией системы в течение определенного периода времени, а также его можно просматривать в режиме реального времени с помощью ПК или встроенного экрана.

Инфракрасная камера

Инфракрасные камеры

доступны в различных стилях и разрешениях. Какая камера лучше всего подходит для проверки, зависит от типа проверяемого оборудования и условий окружающей среды. Фото: TestGuy

Тепловизоры — это камеры, которые обнаруживают невидимое инфракрасное излучение и преобразуют эти данные в цветное изображение на экране. Инфракрасные камеры чаще всего используются для проверки целостности электрических систем, поскольку процедуры тестирования являются бесконтактными и могут выполняться быстро при работающем оборудовании.

Сравнение тепловых характеристик нормально работающего оборудования и оборудования, которое оценивается на предмет аномальных условий, является отличным средством поиска и устранения неисправностей. Даже если аномальное тепловое изображение до конца не изучено, его можно использовать для определения необходимости дальнейшего тестирования.

Тепловизоры классифицируются по точности и разрешающей способности детектора. Инфракрасные камеры высокого класса отличаются захватом изображений с высоким разрешением и точностью измерения температуры до десятых долей градуса или меньше.

Связанный: Инфракрасная термография для электрических распределительных систем

Тестер вибрации

Во время работы тестируемой машины акселерометр определяет ее вибрацию в трех плоскостях движения (вертикальной, горизонтальной и осевой). Фотография: « Brithinee Electric

».

Анализаторы вибрации используются для выявления и обнаружения наиболее распространенных механических неисправностей (подшипники, несоосность, дисбаланс, ослабление) во вращающемся оборудовании. По мере развития механических или электрических неисправностей в двигателях уровни вибрации возрастают.Это увеличение уровней вибрации и шума происходит при разной степени тяжести развивающейся неисправности.

Акселерометры

используются для измерения вибрации при работающем оборудовании, а данные загружаются в программное обеспечение для анализа. Во время работы тестируемой машины акселерометр определяет ее вибрацию в трех плоскостях движения (вертикальной, горизонтальной и осевой).

Ультразвуковой тестер

Дуга, трекинг и корона — все это вызывает ионизацию, которая нарушает молекулы окружающего воздуха.Ультразвуковой тестер обнаруживает высокочастотные звуки, производимые этими излучениями, и переводит их в слышимые человеком диапазоны.

Звук каждого излучения слышен в наушниках, а интенсивность сигнала отображается на дисплее. Эти звуки могут быть записаны и проанализированы с помощью программного обеспечения ультразвукового спектрального анализа для более точной диагностики.

Обычно электрическое оборудование должно быть бесшумным, хотя некоторое оборудование, такое как трансформаторы, может издавать постоянный гул или некоторые устойчивые механические шумы.Их не следует путать с беспорядочным, шипящим жаром, неравномерным и хлопающим звуком электрического разряда.

Ультразвуковые извещатели также используются для обнаружения утечек воздуха в баках трансформаторов и автоматических выключателях с элегазовой изоляцией.

Банк нагрузки

Блоки нагрузки

доступны для различных применений и обычно имеют размер в зависимости от номинальной мощности в кВт. Фотография: ASCO Avtron

Блоки нагрузки

используются для ввода в эксплуатацию, обслуживания и проверки источников электроэнергии, таких как дизельные генераторы и источники бесперебойного питания (ИБП).Блок нагрузки прикладывает электрическую нагрузку к тестируемому устройству и рассеивает полученную электрическую энергию через резистивные элементы в виде тепла. Резистивные элементы охлаждаются моторизованными вентиляторами внутри конструкции блока нагрузки.

При необходимости можно соединить несколько блоков нагрузки. Некоторые банки нагрузки являются чисто резистивными, в то время как другие могут быть чисто индуктивными, чисто емкостными или любой их комбинацией. Банки нагрузки — лучший способ воспроизвести, доказать и проверить реальные потребности критически важных систем электроснабжения.

Тестер импеданса батареи

Оборудование для испытания импеданса батарей

в основном используется на подстанциях и ИБП для определения состояния свинцово-кислотных ячеек путем измерения важных параметров батареи, таких как импеданс ячеек, напряжение ячеек, сопротивление межэлементного соединения и ток пульсации. Все три теста могут быть выполнены на одном устройстве.

Тестер импеданса батареи работает, подавая сигнал переменного тока на отдельную ячейку и измеряя падение переменного напряжения, вызванное этим переменным током, а также ток в отдельной ячейке.Затем он рассчитает импеданс. Используется стандартный набор отведений с двумя точками Кельвина. Одна точка предназначена для подачи тока, а другая — для измерения потенциала.

Аккумуляторный ареометр

Удельный вес измеряется ареометром. Цифровые ареометры, подобные изображенному выше, — самый простой способ получить показания. Фото: BAE Canada.

Аккумуляторный ареометр используется для проверки состояния заряда аккумуляторного элемента путем измерения плотности электролита, что достигается путем измерения удельного веса электролита.Чем больше концентрация серной кислоты, тем плотнее становится электролит. Чем выше плотность, тем выше уровень заряда.

По мере старения аккумулятора удельный вес электролита будет уменьшаться при полной зарядке. Удельный вес измеряется путем втягивания пробы жидкости в испытательное оборудование и получения показаний. Показания могут быть представлены поплавком на числовой шкале или цифровым дисплеем.

Связано: 3 простых, но эффективных теста для аккумуляторных систем

на комментарий.

19,1 Закон Ома — Физика

Постоянный и переменный ток

Так же, как вода течет с большой высоты на низкую, электроны, которые могут свободно перемещаться, будут перемещаться из места с низким потенциалом в место с высоким потенциалом. Батарея имеет две клеммы с разным потенциалом. Если клеммы соединены проводом, электрический ток (заряды) будет течь, как показано на рисунке 19.2. Затем электроны будут перемещаться от низкопотенциальной клеммы батареи (отрицательный конец ) через провод и попадут в высокопотенциальную клемму батареи (положительный конец ).

Рис. 19.2 У батареи есть провод, соединяющий положительную и отрицательную клеммы, который позволяет электронам перемещаться от отрицательной клеммы к положительной.

Поддержка учителя

Подчеркните, что электроны движутся от отрицательной клеммы к положительной, потому что они несут отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются кулоновской силой от отрицательной клеммы.

Электрический ток — это скорость, с которой движется электрический заряд.Большой ток, такой как тот, который используется для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество очень быстро, тогда как небольшой ток, такой как тот, который используется для работы портативного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда медленнее. В форме уравнения электрический ток I определяется как

, где ΔQΔQ — это количество заряда, которое проходит через заданную область, а ΔtΔt — время, за которое заряд проходит мимо этой области. Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер (А), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836).Один ампер — это один кулон в секунду, или

Электрический ток, движущийся по проволоке, во многом похож на ток воды, движущийся по трубе. Чтобы определить поток воды через трубу, мы можем подсчитать количество молекул воды, которые проходят мимо данного участка трубы. Как показано на рисунке 19.3, электрический ток очень похож. Мы подсчитываем количество электрических зарядов, протекающих по участку проводника; в данном случае провод.

Рис. 19.3 Электрический ток, движущийся по этому проводу, — это заряд, который проходит через поперечное сечение A, деленный на время, необходимое для того, чтобы этот заряд прошел мимо секции A .

Поддержка учителя

Обратите внимание на то, что носители заряда на этом рисунке положительны, поэтому они движутся в том же направлении, что и электрический ток.

Предположим, что каждая частица q на рисунке 19.3 несет заряд q = 1nCq = 1nC, и в этом случае общий показанный заряд будет ΔQ = 5q = 5nCΔQ = 5q = 5nC. Если эти заряды пройдут мимо области A за время Δt = 1 нсΔt = 1 нс, то ток будет

I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.I = ΔQΔt = 5nC1ns = 5A.

19,1

Обратите внимание, что мы присвоили зарядам на рис. 19.3 положительный заряд. Обычно отрицательные заряды — электроны — являются подвижным зарядом в проводах, как показано на рисунке 19.2. Положительные заряды обычно застревают в твердых телах и не могут свободно перемещаться. Однако, поскольку положительный ток, движущийся вправо, аналогичен отрицательному току такой же величины, движущемуся влево, как показано на рисунке 19.4, мы определяем обычный ток, который течет в том направлении, в котором протекал бы положительный заряд, если бы он мог двигаться. .Таким образом, если не указано иное, предполагается, что электрический ток состоит из положительных зарядов.

Также обратите внимание, что один кулон — это значительная величина электрического заряда, поэтому 5 А — это очень большой ток. Чаще всего вы увидите ток порядка миллиампер (мА).

Рис. 19.4 (a) Электрическое поле направлено вправо, ток движется вправо, а положительные заряды движутся вправо. (б) Эквивалентная ситуация, но с отрицательными зарядами, движущимися влево.Электрическое поле и ток по-прежнему справа.

Поддержка учителя

Укажите, что электрическое поле одинаково в обоих случаях, и что ток направлен в направлении электрического поля.

Предупреждение о заблуждении

Убедитесь, что учащиеся понимают, что ток равен , определяя как направление, в котором будет течь положительный заряд, даже если электроны чаще всего являются мобильными носителями заряда. Математически результат один и тот же, независимо от того, предположим ли мы, что положительный заряд течет в одну сторону или отрицательный заряд течет в противоположном направлении.Однако физически ситуация совершенно иная (хотя разница уменьшается после определения отверстий).

Snap Lab

Vegetable Current

Эта лабораторная работа помогает студентам понять, как работает ток. Учитывая, что частицы, заключенные в трубе, не могут занимать одно и то же пространство, толкание большего количества частиц в один конец трубы приведет к вытеснению того же количества частиц из противоположного конца. Это создает поток частиц.

Найдите солому и сушеный горох, которые могут свободно перемещаться в соломе.Положите соломинку на стол и засыпьте ее горошком. Когда вы вдавливаете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выходить из другого конца. Эта демонстрация представляет собой модель электрического тока. Определите часть модели, которая представляет электроны, и часть модели, которая представляет собой подачу электроэнергии. В течение 30 секунд подсчитайте, сколько горошин вы можете протолкнуть через соломинку. Когда закончите, вычислите гороха current , разделив количество горошин на время в секундах.

Обратите внимание, что поток гороха основан на том, что горох физически сталкивается друг с другом; электроны толкают друг друга за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.

Проверка захвата

Предположим, у вас есть резервуар с горохом, каждый заправлен до 1 нКл. Если вы пропустите горошек через соломинку со скоростью четыре горошины в секунду, как бы вы рассчитали электрический ток, проводимый заряженным горошком?

Измерьте длину соломинки, затем разделите на расход гороха и умножьте на расход на горошину.
Умножьте расход гороха на расход гороха.
Измерьте длину соломинки, затем умножьте на скорость потока гороха и разделите на количество заряда на горошину.
Разделите скорость потока гороха на расход на горошину.

Направление обычного тока — это направление, в котором течет положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, как мы видели, ток переносится электронами, поэтому отрицательные заряды движутся. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительно заряженные, так и отрицательно заряженные ионы. То же самое и с нервными клетками. Чистые положительные токи относительно редки, но встречаются. История отмечает, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин описал ток как направление, в котором положительные заряды проходят через провод. Он назвал тип заряда, связанный с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они переносят ток во многих ситуациях.

Когда электроны движутся по металлической проволоке, они сталкиваются с препятствиями, такими как другие электроны, атомы, примеси и т. Д. Электроны рассеиваются от этих препятствий, как показано на рисунке 19.5. Обычно электроны теряют энергию при каждом взаимодействии. Таким образом, чтобы электроны двигались, требуется сила, создаваемая электрическим полем. Электрическое поле в проводе направлено от конца провода с более высоким потенциалом к концу провода с более низким потенциалом. Электроны, несущие отрицательный заряд, движутся в среднем (или дрейф ) в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 19.5.

Рис. 19.5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных электронов находится в направлении, противоположном электрическому полю. Столкновения обычно передают энергию проводнику, поэтому для поддержания постоянного тока требуется постоянный запас энергии.

До сих пор мы обсуждали ток, который постоянно движется в одном направлении. Это называется постоянным током, потому что электрический заряд течет только в одном направлении.Постоянный ток часто называют током DC .

Многие источники электроэнергии, такие как плотина гидроэлектростанции, показанная в начале этой главы, вырабатывают переменный ток, направление которого меняется взад и вперед. Переменный ток часто называют . Переменный ток . Переменный ток перемещается вперед и назад через равные промежутки времени, как показано на рисунке 19.6. Переменный ток, который исходит из обычной розетки, не меняет направление внезапно.Скорее, он плавно увеличивается до максимального тока, а затем плавно уменьшается до нуля. Затем он снова растет, но в противоположном направлении, пока не достигнет того же максимального значения. После этого он плавно уменьшается до нуля, и цикл начинается снова.

Рисунок 19.6 При переменном токе направление тока меняется на противоположное через равные промежутки времени. График вверху показывает зависимость тока от времени. Отрицательные максимумы соответствуют движению тока влево.Положительные максимумы соответствуют току, движущемуся вправо. Ток регулярно и плавно чередуется между этими двумя максимумами.

Поддержка учителей

Помогите ученикам интерпретировать график, подчеркнув, что ток не меняет направление мгновенно, а плавно переходит от одного максимума к противоположному максимуму и обратно. Объясните, что четыре изображения внизу показывают ток в соответствующих максимумах. Обратите внимание, что для упрощения интерпретации операторы мобильной связи на изображении считаются положительными.

Устройства, использующие переменный ток, включают пылесосы, вентиляторы, электроинструменты, фены и многие другие. Эти устройства получают необходимую мощность, когда вы подключаете их к розетке. Настенная розетка подключена к электросети, которая обеспечивает переменный потенциал (потенциал переменного тока). Когда ваше устройство подключено к сети, потенциал переменного тока толкает заряды вперед и назад в цепи устройства, создавая переменный ток.

Однако во многих устройствах используется постоянный ток, например в компьютерах, сотовых телефонах, фонариках и автомобилях.Одним из источников постоянного тока является аккумулятор, который обеспечивает постоянный потенциал (потенциал постоянного тока) между своими выводами. Когда ваше устройство подключено к батарее, потенциал постоянного тока толкает заряд в одном направлении через цепь вашего устройства, создавая постоянный ток. Другой способ получения постоянного тока — использование трансформатора, который преобразует переменный потенциал в постоянный. Небольшие трансформаторы, которые вы можете подключить к розетке, используются для зарядки вашего ноутбука, мобильного телефона или другого электронного устройства. Люди обычно называют это зарядным устройством или батареей , но это трансформатор, который преобразует переменное напряжение в постоянное.В следующий раз, когда кто-то попросит одолжить зарядное устройство для ноутбука, скажите им, что у вас нет зарядного устройства для ноутбука, но они могут одолжить ваш преобразователь.

Рабочий пример

Ток при ударе молнии

Удар молнии может передать до 10201020 электронов из облака на землю. Если удар длится 2 мс, каков средний электрический ток в молнии?

Стратегия

Используйте определение тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt. Заряд ΔQΔQ из 10201020 электронов ΔQ = neΔQ = ne, где n = 1020n = 1020 — количество электронов, а e = −1.60 · 10−19Ce = −1.60 · 10−19C — заряд электрона. Это дает

ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C. ΔQ = 1020 × (-1,60 × 10-19 ° C) = -16,0 ° C.

19,2

Время Δt = 2 × 10–3 с Δt = 2 × 10–3 с — это продолжительность удара молнии.

Решение

Ток при ударе молнии

I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.I = ΔQΔt = −16,0C2 × 10−3s = −8kA.

19,3

Обсуждение

Отрицательный знак отражает тот факт, что электроны несут отрицательный заряд.Таким образом, хотя электроны текут от облака к земле, положительный ток должен течь от земли к облаку.

Рабочий пример

Средний ток для заряда конденсатора

В цепи, содержащей конденсатор и резистор, зарядка конденсатора емкостью 16 мкФ с использованием батареи 9 В. занимает 1 мин. Какой средний ток в это время?

Стратегия

Мы можем определить заряд конденсатора, используя определение емкости: C = QVC = QV.Когда конденсатор заряжается батареей 9 В, напряжение на конденсаторе будет V = 9VV = 9V. Это дает заряд

Подставляя это выражение для заряда в уравнение для тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, мы можем найти средний ток.

Решение

Средний ток

I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА I = ΔQΔt = CVΔt = (16 × 10−6F) (9V) 60s = 2,4 × 10−6A = 2,4 мкА.

19,5

Обсуждение

Этот небольшой ток типичен для тока, встречающегося в таких цепях.

Сопротивление и закон Ома

Как упоминалось ранее, электрический ток в проводе во многом похож на воду, текущую по трубе. На поток воды, который может течь по трубе, влияют препятствия в трубе, такие как засорения и узкие участки в трубе. Эти препятствия замедляют ток через трубу. Точно так же электрический ток в проводе может замедляться многими факторами, включая примеси в металле провода или столкновения между зарядами в материале.Эти факторы создают сопротивление электрическому току. Сопротивление — это описание того, насколько провод или другой электрический компонент препятствует прохождению через него заряда. В XIX веке немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) экспериментально обнаружил, что ток через проводник пропорционален падению напряжения на проводнике с током.

Константа пропорциональности — это сопротивление материала R , что приводит к

Это соотношение называется законом Ома.Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, в которой напряжение является причиной, а ток — следствием. Закон Ома — это эмпирический закон, подобный закону трения, что означает, что это экспериментально наблюдаемое явление. Единицы сопротивления — вольт на ампер или В / А. Мы называем V / A Ом , что обозначается заглавной греческой буквой омега (ΩΩ). Таким образом,

1 Ом = 1 В / А (1,4). 1 Ом = 1 В / А (1,4). Закон

Ома справедлив для большинства материалов и при обычных температурах. При очень низких температурах сопротивление может упасть до нуля (сверхпроводимость).При очень высоких температурах тепловое движение атомов в материале препятствует потоку электронов, увеличивая сопротивление. Многие вещества, для которых действует закон Ома, называются омическими. Омические материалы включают в себя хорошие проводники, такие как медь, алюминий и серебро, а также некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах. Сопротивление омических материалов остается практически неизменным в широком диапазоне напряжения и тока.

Watch Physics

Знакомство с электричеством, цепями, током и сопротивлением

В этом видео представлен закон Ома и простая электрическая схема.Говорящий использует аналогию давления, чтобы описать, как электрический потенциал заставляет заряд двигаться. Он обращается к электрическому потенциалу как , электрическому давлению . Другой способ размышления об электрическом потенциале — это представить, что множество частиц одного знака скопилось в небольшом замкнутом пространстве. Поскольку эти заряды имеют одинаковый знак (все они положительные или все отрицательные), каждый заряд отталкивает другие вокруг себя. Это означает, что множество зарядов постоянно выталкивается за пределы пространства.Полная электрическая цепь подобна открытию двери в небольшом пространстве: какие бы частицы ни толкали к двери, теперь у них есть способ убежать. Чем выше электрический потенциал, тем сильнее каждая частица толкает друг друга.

Проверка захвата

Если вместо одного резистора R на схеме, показанной в видео, нарисовать два резистора с сопротивлением R каждый, что вы можете сказать о токе, протекающем в цепи?

Сила тока в цепи должна уменьшиться вдвое.
Количество тока в цепи должно увеличиться вдвое.
Ток в цепи должен оставаться неизменным.
Количество тока в цепи увеличится вдвое.

Виртуальная физика

Закон Ома

Это моделирование имитирует простую схему с батареями, обеспечивающими источник напряжения, и резистором, подключенным к батареям.Посмотрите, как на ток влияет изменение сопротивления и / или напряжения. Обратите внимание, что сопротивление моделируется как элемент, содержащий малых рассеивающих центров . Они представляют собой загрязнения или другие препятствия, препятствующие прохождению тока.

Проверка захвата

В цепи, если сопротивление оставить постоянным, а напряжение удвоить (например, с 3 \, \ text {V} до 6 \, \ text {V}), как изменится ток? Соответствует ли это закону Ома?

Сила тока удвоится.Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
Сила тока удвоится. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.
Сила тока увеличится вдвое. Это соответствует закону Ома, поскольку ток пропорционален напряжению.
Сила тока уменьшится вдвое. Это не соответствует закону Ома, поскольку сила тока пропорциональна напряжению.

Рабочий пример

Сопротивление фары

Каково сопротивление автомобильной фары, через которую проходит 2,50 А при напряжении 12,0 В?

Стратегия

Закон

Ома говорит нам, что Vheadlight = IRheadlightVheadlight = IRheadlight. Падение напряжения при прохождении через фару — это просто повышение напряжения, обеспечиваемое аккумулятором, Vheadlight = VbatteryVheadlight = Vbattery. Мы можем использовать это уравнение и изменить закон Ома, чтобы найти сопротивление RheadlightRheadlight фары.

Решение

Решение закона Ома для сопротивления фары дает

Vheadlight = IRheadlight Vbattery = IRheadlight Rheadlight = Vbattery I = 12V2.5A = 4.8Ω. Vheadlight = IRheadlightVbattery = IRheadlightRheadlight = VbatteryI = 12V2.5A = 4.8Ω.

19,6

Обсуждение

Это относительно небольшое сопротивление. Как мы увидим ниже, сопротивление в цепях обычно измеряется в кВт или МВт.

Рабочий пример

Определите сопротивление по графику «ток-напряжение»

Предположим, вы прикладываете к цепи несколько различных напряжений и измеряете ток, протекающий по цепи.График результатов показан на рисунке 19.7. Какое сопротивление цепи?

Рисунок 19.7 Линия показывает зависимость тока от напряжения. Обратите внимание, что ток указан в миллиамперах. Например, при 3 В ток составляет 0,003 А или 3 мА.

Стратегия

График показывает, что ток пропорционален напряжению, что соответствует закону Ома. По закону Ома (V = IRV = IR) константа пропорциональности — это сопротивление R . Поскольку на графике показан ток как функция напряжения, мы должны изменить закон Ома в следующей форме: I = VR = 1R × VI = VR = 1R × V.Это показывает, что наклон линии I по сравнению с V составляет 1R1R. Таким образом, если мы найдем наклон линии на рисунке 19.7, мы можем вычислить сопротивление R .

Решение

Наклон линии равен подъему , разделенному на подъем . Глядя на нижний левый квадрат сетки, мы видим, что линия поднимается на 1 мА (0,001 А) и проходит через напряжение 1 В. Таким образом, наклон линии составляет

наклон = 0.001A1V. Наклон = 0,001A1V.

19,7

Приравнивая наклон к 1R1R и решая для R дает

1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом 1R = 0,001A1R = 1V0,001A = 1000 Ом

19,8

или 1 кОм.

Обсуждение

Это сопротивление больше, чем то, что мы обнаружили в предыдущем примере. Подобные сопротивления часто встречаются в электрических цепях, как мы узнаем в следующем разделе. Обратите внимание, что если бы линия на рисунке 19.7 не была прямой, то материал не был бы омическим, и мы не смогли бы использовать закон Ома.Материалы, которые не подчиняются закону Ома, называются безомными.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ — прикладное промышленное электричество

Важность электробезопасности

С помощью этого урока я надеюсь избежать распространенной ошибки, обнаруживаемой в учебниках по электронике, состоящей в игнорировании или недостаточном освещении темы электробезопасности. Я предполагаю, что тот, кто читает эту книгу, хотя бы вскользь заинтересован в реальной работе с электричеством, и поэтому тема безопасности имеет первостепенное значение.

Еще одно преимущество включения подробного урока по электробезопасности — это практический контекст, который он устанавливает для основных понятий напряжения, тока, сопротивления и схемотехники. Чем более актуальной будет техническая тема, тем больше вероятность того, что студент обратит внимание и поймет. А что может быть важнее приложения для личной безопасности? Кроме того, поскольку электрическая энергия является повседневным явлением в современной жизни, почти любой может ознакомиться с иллюстрациями, приведенными на таком уроке.Вы когда-нибудь задумывались, почему птиц не шокирует, когда они отдыхают на линиях электропередач? Читайте и узнайте!

Физиологические эффекты электричества

Большинство из нас испытали ту или иную форму электрического «шока», когда электричество заставляет наше тело испытывать боль или травму. Если нам повезет, степень этого переживания ограничится покалыванием или приступами боли от накопления статического электричества, разряженного через наши тела. Когда мы работаем с электрическими цепями, способными передавать большую мощность нагрузкам, поражение электрическим током становится гораздо более серьезной проблемой, а боль — наименее значимым результатом поражения электрическим током.

Поскольку электрический ток проходит через материал, любое противодействие току (сопротивлению) приводит к рассеиванию энергии, обычно в виде тепла. Это самый простой и понятный эффект воздействия электричества на живую ткань: ток заставляет ее нагреваться. Если количество выделяемого тепла достаточно, ткань может обжечься. Эффект носит физиологический характер, такой же, как и повреждение, вызванное открытым пламенем или другим высокотемпературным источником тепла, за исключением того, что электричество обладает способностью сжигать ткани под кожей жертвы, даже обжигая внутренние органы.

Как электрический ток влияет на нервную систему

Еще одно воздействие электрического тока на организм, возможно, наиболее опасное, касается нервной системы. Под «нервной системой» я имею в виду сеть особых клеток в организме, называемых нервными клетками или нейронами, которые обрабатывают и проводят множество сигналов, ответственных за регуляцию многих функций организма. Мозг, спинной мозг и сенсорные / двигательные органы в теле функционируют вместе, позволяя ему чувствовать, двигаться, реагировать, думать и запоминать.

Нервные клетки взаимодействуют друг с другом, действуя как «преобразователи», создавая электрические сигналы (очень малые напряжения и токи) в ответ на ввод определенных химических соединений, называемых нейротрансмиттерами , и высвобождая эти нейротрансмиттеры при стимуляции электрическими сигналами. Если электрический ток достаточной силы проходит через живое существо (человека или другое), его эффект будет состоять в том, чтобы подавлять крошечные электрические импульсы, обычно генерируемые нейронами, перегружая нервную систему и препятствуя тому, чтобы как рефлекторные, так и волевые сигналы могли действовать. задействовать мышцы.Мышцы, вызванные внешним (шоковым) током, непроизвольно сокращаются, и жертва ничего не может с этим поделать.

Эта проблема особенно опасна, если пострадавший касается руками проводника под напряжением. Мышцы предплечья, отвечающие за сгибание пальцев, как правило, лучше развиты, чем мышцы, отвечающие за разгибание пальцев, и поэтому, если оба набора мышц будут пытаться сокращаться из-за электрического тока, проводимого через руку человека, «сгибающие» мышцы выиграют, сжимая пальцы в кулак.Если проводник, подающий ток к пострадавшему, обращен к ладони его или ее руки, это сжимающее действие заставит руку крепко ухватиться за провод, тем самым ухудшив ситуацию, обеспечивая отличный контакт с проводом. Пострадавший совершенно не сможет отпустить проволоку.

С медицинской точки зрения это состояние непроизвольного сокращения мышц называется столбняком . Электрики, знакомые с этим эффектом поражения электрическим током, часто называют обездвиженную жертву поражения электрическим током «зависшей в цепи».Вызванный током столбняк можно прервать, только отключив ток через пострадавшего.

Даже когда ток прекращается, жертва может не восстанавливать добровольный контроль над своими мышцами в течение некоторого времени, поскольку химический состав нейротрансмиттера находится в беспорядке. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокера», таких как электрошокеры, которые основаны на принципе мгновенного поражения жертвы высоковольтным импульсом, передаваемым между двумя электродами. Правильно нанесенный электрошокер временно (на несколько минут) обездвиживает жертву.

Однако электрический ток может воздействовать не только на скелетные мышцы жертвы электрошока. Мышца диафрагмы, контролирующая легкие, и сердце, которое само по себе является мышцей, также могут быть «заморожены» в состоянии столбняка электрическим током. Даже токи, слишком слабые для того, чтобы вызвать столбняк, часто способны перебить сигналы нервных клеток настолько, что сердце не может биться должным образом, что приводит к состоянию, известному как фибрилляция . Фибриллирующее сердце скорее трепещет, чем бьется, и не может перекачивать кровь к жизненно важным органам тела.В любом случае смерть от удушья и / или остановки сердца обязательно наступит из-за достаточно сильного электрического тока, проходящего через тело. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный разряд электрического тока, приложенный к груди жертвы, чтобы «подтолкнуть» фибриллирующее сердце к нормальному ритму биений.

Эта последняя деталь подводит нас к другой опасности поражения электрическим током, свойственной коммунальным энергосистемам. Хотя наше первоначальное исследование электрических цепей будет сосредоточено почти исключительно на постоянном токе (постоянный ток или электричество, которое движется в непрерывном направлении в цепи), современные энергетические системы используют переменный ток или переменный ток.Технические причины такого предпочтения переменного тока перед постоянным током в энергосистемах не имеют отношения к этому обсуждению, но особые опасности каждого вида электроэнергии очень важны для темы безопасности.

Воздействие переменного тока на организм во многом зависит от частоты. Низкочастотный (от 50 до 60 Гц) переменный ток используется в домашних хозяйствах США (60 Гц) и Европы (50 Гц); он может быть опаснее высокочастотного переменного тока и в 3-5 раз опаснее постоянного тока того же напряжения и силы тока. Низкочастотный переменный ток вызывает длительное сокращение мышц (тетанию), которое может прижать руку к источнику тока, продлевая воздействие.Постоянный ток, скорее всего, вызовет одиночное судорожное сокращение, которое часто заставляет жертву отойти от источника тока.

Переменный характер

AC имеет большую тенденцию приводить нейроны, задающие ритм сердца, в состояние фибрилляции, тогда как DC имеет тенденцию просто вызывать остановку сердца. Как только ток разряда прекращается, у «замороженного» сердца больше шансов восстановить нормальный ритм сердечных сокращений, чем у фибриллирующего сердца. Вот почему работает «дефибриллирующее» оборудование, используемое врачами скорой помощи: разряд тока, подаваемого дефибриллятором, является постоянным, что останавливает фибрилляцию и дает сердцу шанс восстановиться.

В любом случае электрические токи, достаточно высокие, чтобы вызвать непроизвольное мышечное действие, опасны, и их следует избегать любой ценой. В следующем разделе мы рассмотрим, как такие токи обычно входят в тело и выходят из него, и рассмотрим меры предосторожности против таких случаев.

Электрический ток может вызвать глубокие и серьезные ожоги тела из-за рассеяния мощности через электрическое сопротивление тела.
Столбняк — это состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения внешнего электрического тока через тело.Когда непроизвольное сокращение мышц, управляющих пальцами, приводит к тому, что жертва не может отпустить проводник под напряжением, жертва считается «замороженной в цепи».
Диафрагма (легкие) и сердечные мышцы одинаково подвержены воздействию электрического тока. Даже токи, слишком слабые, чтобы вызвать столбняк, могут быть достаточно сильными, чтобы мешать работе нейронов кардиостимулятора, заставляя сердце трепетать, а не сильно биться.
Постоянный ток (DC) с большей вероятностью может вызвать столбняк в мышцах, чем переменный ток (AC), поэтому постоянный ток с большей вероятностью «заморозит» жертву в случае шока.Однако переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца жертвы, что является более опасным состоянием для жертвы после прекращения действия электрического тока.

Электричество требует полного пути (цепи) для непрерывного потока. Вот почему удар, полученный от статического электричества, является только мгновенным толчком: течение тока обязательно кратковременно, когда статические заряды уравниваются между двумя объектами. Подобные шоки самоограниченной продолжительности редко бывают опасными.

Без двух точек контакта на теле для входа и выхода тока, соответственно, опасность поражения электрическим током отсутствует. Вот почему птицы могут спокойно отдыхать на высоковольтных линиях электропередачи, не подвергаясь электрошоку: они контактируют с цепью только в одной точке.

Рис. 1.1

Для того, чтобы ток протекал по проводнику, должно присутствовать напряжение, которое его мотивирует. Напряжение, как вы должны помнить, всегда равно относительно двух точек . Не существует такой вещи, как напряжение «на» или «в» одной точке цепи, и поэтому птица, контактирующая с одной точкой в вышеуказанной цепи, не имеет напряжения, приложенного к ее телу, чтобы установить ток через нее.Да, хотя они опираются на две ноги , обе ноги касаются одного и того же провода, что делает их электрически общими . С точки зрения электричества, обе птичьи лапы соприкасаются с одной и той же точкой, поэтому между ними нет напряжения, которое могло бы стимулировать ток через тело птицы.

Это может привести к мысли, что невозможно получить поражение электрическим током, прикоснувшись только к одному проводу. Как птицы, если мы будем касаться только одного провода за раз, мы будем в безопасности, верно? К сожалению, это не так.В отличие от птиц, при контакте с «живым» проводом люди обычно стоят на земле. Часто одна сторона энергосистемы будет намеренно подключена к заземлению, и поэтому человек, касающийся одного провода, фактически устанавливает контакт между двумя точками в цепи (провод и заземление):

Рисунок 1.2

Значок земли представляет собой набор из трех горизонтальных полос уменьшающейся ширины, расположенных в нижнем левом углу показанной схемы, а также у ступни человека, подвергающегося электрошоку.В реальной жизни заземление энергосистемы представляет собой какой-то металлический проводник, закопанный глубоко в землю для обеспечения максимального контакта с землей. Этот проводник электрически подключен к соответствующей точке соединения в цепи толстым проводом. Заземление жертвы осуществляется через ноги, которые касаются земли.

В этот момент в уме ученика обычно возникает несколько вопросов:

Если наличие точки заземления в цепи обеспечивает легкую точку контакта для кого-то, чтобы получить удар током, зачем вообще она в цепи? Разве схема без заземления не была бы безопаснее?
Человек, которого шокирует, вероятно, не ходит босиком.Если резина и ткань являются изоляционными материалами, то почему их обувь не защищает их, предотвращая образование цепи?
Насколько хорошим проводником может быть грязь ? Если вы можете быть поражены током, протекающим через землю, почему бы не использовать землю в качестве проводника в наших силовых цепях?

В ответ на первый вопрос, наличие преднамеренной точки «заземления» в электрической цепи должно гарантировать, что одна сторона будет безопасна для контакта.Обратите внимание, что если бы наша жертва на приведенной выше диаграмме коснулась нижней стороны резистора, ничего бы не произошло, даже если бы их ноги все еще касались земли:

Рисунок 1.3
Поскольку нижняя сторона схемы надежно соединена с землей через точку заземления в нижнем левом углу схемы, нижний провод схемы электрически общий с заземлением. Поскольку между электрически общими точками не может быть напряжения, к человеку, контактирующему с нижним проводом, не будет подаваться напряжение, и они не получат удара током.По той же причине провод, соединяющий цепь с заземляющим стержнем / пластинами, обычно остается оголенным (без изоляции), так что любой металлический объект, о который он задевает, будет электрически общим с землей.
Заземление цепи гарантирует, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасна для прикосновения. Но как насчет того, чтобы оставить цепь полностью незаземленной? Разве это не сделало бы человека, касающегося только одного провода, таким же безопасным, как птица, сидящая только на одном? В идеале да. Практически нет.Посмотрите, что происходит без заземления:
Рисунок 1.4
Несмотря на то, что ноги человека все еще соприкасаются с землей, любая точка в цепи должна быть безопасной для прикосновения. Поскольку не существует полного пути (цепи), образованного через тело человека от нижней стороны источника напряжения к верхней, нет возможности установить ток через человека. Однако все это может измениться из-за случайного заземления, такого как ветвь дерева, касающаяся линии электропередачи и обеспечивающая соединение с землей.Такое случайное соединение проводника энергосистемы с землей (землей) называется замыканием на землю .
Рисунок 1.5
Замыкания на землю
Замыкания на землю могут быть вызваны многими причинами, в том числе скоплением грязи на изоляторах линий электропередач (создание пути грязной воды для тока от проводника к полюсу и к земле во время дождя), проникновением грунтовых вод в подземные проводники линии электропередачи. , и птицы, приземляющиеся на линии электропередачи, перемыкая линию к полюсу своими крыльями.Учитывая множество причин замыканий на землю, они, как правило, непредсказуемы. В случае с деревьями никто не может гарантировать , с какой проволокой могут касаться их ветви. Если бы дерево задело верхний провод в цепи, это сделало бы верхний провод безопасным для прикосновения, а нижний опасным — как раз противоположность предыдущему сценарию, когда дерево касается нижнего провода:
Рисунок 1.6
Когда ветвь дерева соприкасается с верхним проводом, этот провод становится заземленным проводом в цепи, электрически общим с заземлением.Следовательно, между этим проводом и землей нет напряжения, а есть полное (высокое) напряжение между нижним проводом и землей. Как упоминалось ранее, ветви деревьев являются лишь одним потенциальным источником замыканий на землю в энергосистеме. Рассмотрим незаземленную энергосистему без соприкосновения деревьев с деревьями, но на этот раз с двумя людьми, касающимися отдельных проводов:
Рис. 1.7
Когда каждый человек стоит на земле, контактируя с разными точками цепи, путь для электрического тока проходит через одного человека, через землю и через другого человека.Несмотря на то, что каждый человек думает, что он в безопасности, коснувшись только одной точки в цепи, их совместные действия создают смертельный сценарий. Фактически, один человек действует как замыкание на землю, что делает его небезопасным для другого человека. Именно поэтому незаземленные энергосистемы опасны: напряжение между любой точкой цепи и землей (землей) непредсказуемо, потому что замыкание на землю может возникнуть в любой точке цепи в любое время. Единственный персонаж, который гарантированно будет в безопасности в этих сценариях, — это птица, которая вообще не связана с землей! Надежно подключив обозначенную точку цепи к заземлению («заземлив» цепь), по крайней мере, безопасность может быть обеспечена в этой точке.Это большая гарантия безопасности, чем полное отсутствие заземления.
Отвечая на второй вопрос, обувь с резиновой подошвой do действительно обеспечивает некоторую электрическую изоляцию, чтобы помочь защитить кого-то от проведения электрического тока через ступни. Однако наиболее распространенные конструкции обуви не являются электрически «безопасными», поскольку их подошва слишком тонкая и не из подходящего материала. Кроме того, любая влага, грязь или токопроводящие соли из пота тела на поверхности подошвы или проникающие через нее могут поставить под угрозу ту небольшую изоляционную ценность, которая должна была изначально иметь обувь.Есть обувь, специально предназначенная для опасных электромонтажных работ, а также толстые резиновые коврики, на которых можно стоять во время работы с цепями под напряжением, но эти специальные детали должны быть в абсолютно чистом и сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Достаточно сказать, что обычной обуви недостаточно, чтобы гарантировать защиту от поражения электрическим током от электросети.
Исследования контактного сопротивления между частями человеческого тела и точками контакта (например, с землей) показывают широкий диапазон цифр (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):
Контакт для рук или ног, с резиновой изоляцией: обычно 20 МОм.
Контакт ступни через кожаную подошву обуви (сухой): от 100 кОм до 500 кОм
Контакт ступни через кожаную подошву обуви (мокрая): от 5 кОм до 20 кОм
Как видите, резина не только является гораздо лучшим изоляционным материалом, чем кожа, но и присутствие воды в пористом веществе, таком как кожа , значительно снижает электрическое сопротивление.
Отвечая на третий вопрос, грязь — не очень хороший проводник (по крайней мере, когда она сухая!). У него слишком плохой проводник, чтобы поддерживать постоянный ток для питания нагрузки.Однако, как мы увидим в следующем разделе, требуется очень мало тока, чтобы ранить или убить человека, поэтому даже плохой проводимости грязи достаточно, чтобы обеспечить путь для смертельного тока при наличии достаточного напряжения, как обычно находится в энергосистемах.
Некоторые шлифованные поверхности лучше изолируют, чем другие. Например, асфальт на масляной основе имеет гораздо большее сопротивление, чем большинство видов грязи или камней. Бетон, с другой стороны, имеет довольно низкое сопротивление из-за внутреннего содержания воды и электролита (проводящего химического вещества).
Поражение электрическим током может произойти только при контакте между двумя точками цепи; когда на тело жертвы подается напряжение.
Цепи питания
обычно имеют обозначенную точку, которая «заземлена»: прочно соединена с металлическими стержнями или пластинами, закопанными в грязь, чтобы гарантировать, что одна сторона цепи всегда находится под потенциалом земли (нулевое напряжение между этой точкой и землей).
Замыкание на землю — это случайное соединение проводника цепи с землей (землей).
Специальная изолированная обувь и коврики предназначены для защиты людей от ударов через заземление, но даже эти части снаряжения должны быть в чистом, сухом состоянии, чтобы быть эффективными. Обычная обувь недостаточно хороша, чтобы обеспечить защиту от ударов, изолируя ее владельца от земли.
Хотя грязь — плохой проводник, она может проводить достаточно тока, чтобы ранить или убить человека.
Распространенная фраза в отношении электробезопасности звучит примерно так: « Убивает не напряжение, а ток ! «Хотя в этом есть доля правды, об опасности поражения электрическим током нужно понимать больше, чем эта простая пословица.Если бы напряжение не представляло опасности, никто бы никогда не распечатал и не вывесил надписи: ОПАСНО — ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!
Принцип «убивает текущее» по сути верен. Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть доступное напряжение, чтобы побудить ток протекать через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.
Взяв закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выразив его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получим следующее уравнение:
[латекс] \ textbf {закон Ома} [/ латекс]
[латекс] Ток = \ frac {Напряжение} {Сопротивление} [/ латекс] [латекс] I = \ frac {E} {R} [/ латекс]
Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками этого тела, деленному на электрическое сопротивление, оказываемое телом между этими двумя точками.Очевидно, что чем больше напряжения доступно для протекания тока, тем легче он будет проходить через любое заданное сопротивление. Следовательно, существует опасность высокого напряжения, которое может генерировать ток, достаточный для получения травмы или смерти. И наоборот, если тело имеет более высокое сопротивление, меньший ток будет протекать при любом заданном напряжении. Насколько опасно напряжение, зависит от общего сопротивления цепи, препятствующего прохождению электрического тока.
Сопротивление тела не является фиксированной величиной.Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже метод измерения содержания жира в организме, основанный на измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног. Различное процентное содержание жира в организме обеспечивает разное сопротивление: одна переменная, влияющая на электрическое сопротивление в организме человека. Чтобы методика работала точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.
Сопротивление тела также варьируется в зависимости от того, как происходит контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от ступни к ступне, от руки к локтю и т. Д. Пот, богатый солью и минералами. , являясь жидкостью, является отличным проводником электричества. То же самое и с кровью с таким же высоким содержанием проводящих химикатов. Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.
Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю примерно 1 миллион Ом (1 МОм) на руках, держась за металлические щупы измерителя между пальцами.Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я плотно сжимал щупы, и большее сопротивление, когда я держу их свободно. Я сижу за компьютером и печатаю эти слова, мои руки чистые и сухие. Если бы я работал в жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, представляя меньшее сопротивление смертоносному току и большую опасность поражения электрическим током.
Насколько опасен электрический ток?
Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов.Химический состав тела человека оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольное сокращение мышц из-за разряда статического электричества. Другие могут получить большие искры от разряда статического электричества и почти не почувствовать его, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, с помощью тестов были разработаны приблизительные руководящие принципы, которые показывают, что для проявления вредных эффектов требуется очень небольшой ток (опять же, информацию об источнике этих данных см. В конце главы).Все текущие значения даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампер):
ТЕЛО ВЛИЯНИЕ МУЖЧИНЫ / ЖЕНЩИНЫ ПРЯМОЙ ТОК (ПОСТОЯННЫЙ ТОК) 60 Гц 100 кГц
Легкое ощущение под рукой Мужчины 1,0 мА 0,4 мА 7 мА
Женщины 0,6 мА 0,3 мА 5 мА
Порог боли Мужчины 5.2 мА 1,1 мА 12 мА
Женщины 3,5 мА 0,7 мА 8 мА
Болезненный, но произвольный контроль мышц сохраняется Мужчины 62 мА 9 мА 55 мА
Женщины 41 мА 6 мА 37 мА
Болезненно, провода не отпускаются Мужчины 76 мА 16 мА 75 мА
Женщины 60 мА 15 мА 63 мА
Сильная боль, затрудненное дыхание Мужчины 90 мА 23 мА 94 мА
Женщины 60 мА 15 мА 63 мА
Возможна фибрилляция сердца через 3 секунды Мужчины и женщины 500 мА 100 мА
«Гц» означает единицу Гц .Это мера того, насколько быстро меняется переменный ток, иначе известный как частота . Таким образом, столбец цифр, обозначенный «60 Гц переменного тока», относится к току, который меняется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда ток течет в одном направлении, а затем в другом) в секунду. Последний столбец, обозначенный «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) возвратно-поступательных циклов каждую секунду.
Имейте в виду, что эти цифры являются приблизительными, поскольку люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному.Было высказано предположение, что ток через грудную клетку всего 17 мА переменного тока достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большинство наших данных относительно индуцированной фибрилляции получены в результате испытаний на животных. Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях непрактично, поэтому имеющиеся данные отрывочны. О, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины, как правило, более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины! Предположим, я положил руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов в секунду).Какое напряжение необходимо для этого состояния чистой, сухой кожи, чтобы получить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Чтобы определить это, мы можем использовать закон Ома:
[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (20 мА) (1 M \ Omega) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 20 000 вольт или 20 кВ} [/ латекс]
Имейте в виду, что это «лучший случай» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка.Чтобы вызвать болезненный шок, потребуется гораздо меньше! Кроме того, имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно отличаться от человека к человеку, и что эти расчеты являются приблизительными оценками только .
Обрызгав пальцы водой, чтобы имитировать пот, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17 000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что это касается только одного пальца каждой руки, касающегося тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 мА, мы получим эту цифру:
[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (20 мА) (17 кОмега) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 340 V} [/ латекс]
В этих реальных условиях потребуется всего 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать ток 20 миллиампер.Тем не менее, все еще возможно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При условии значительно более низкого сопротивления тела, увеличенного за счет контакта с кольцом (полоса золота, обернутая по окружности пальца, дает отличную точку контакта для поражения электрическим током) или полный контакт с большим металлическим предметом, таким как труба или металл рукоятки инструмента сопротивление корпуса может упасть до 1000 Ом (1 кОм), что приведет к тому, что даже более низкое напряжение может представлять потенциальную опасность.
[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (20 мА) (1 к \ Омега) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 20 V} [/ латекс]
Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы произвести ток в 20 миллиампер через человека; достаточно, чтобы вызвать столбняк. Помните, было высказано предположение, что сила тока всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашной в 1000 Ом для создания этого опасного состояния потребуется всего 17 вольт.
[латекс] E = IR [/ латекс]
[латекс] E = (17 мА) (1 кВт) [/ латекс]
[латекс] \ textbf {E = 17 В} [/ латекс]
Семнадцать вольт — это не очень много для электрических систем. Конечно, это «наихудший» сценарий с напряжением переменного тока 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он действительно показывает, насколько низкое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.
Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, не должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа при контакте с золотым кольцом).Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего крепче держать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта. То, что начинается как легкий шок — ровно настолько, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить ее, может перерасти в нечто достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а сила тока соответственно увеличивается.
Research предоставило примерный набор цифр для электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях:
Ситуация Сухой мокрый
Проволока касалась пальцем 40 000 Ом — 1 000 000 Ом 4000 Ом — 15000 Ом
Проволока в руке 15 000 Ом — 50 000 Ом 3000 Ом — 5000 Ом
Ручные плоскогубцы 5000 Ом — 10 000 Ом 1000 Ом — 3000 Ом
Контакт ладонью 3000 Ом — 8000 Ом 1000 Ом — 2000 Ом
1.5-дюймовая металлическая труба с захватом одной рукой 1000 Ом — 3000 Ом 500 Ом — 1500 Ом
Металлическая труба 1,5 дюйма, удерживаемая двумя руками 500 Ом — 1500 кОм 250 Ом — 750 Ом
Ручное погружение в проводящую жидкость 200 Ом — 500 Ом
Нога погружена в проводящую жидкость 100 Ом — 300 Ом
Обратите внимание на значения сопротивления для двух состояний с 1.5-дюймовая металлическая труба. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления при захвате трубы одной рукой.
Рисунок 1.8
Двумя руками площадь контакта с телом вдвое больше, чем с одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях. Если держать трубу двумя руками, ток будет иметь два параллельных пути, по которым протекает от трубы к телу (или наоборот).
Рисунок 1.9
Как мы увидим в следующей главе, параллельных цепей всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.
В промышленности 30 вольт обычно считается консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен расценивать любое напряжение выше 30 В как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от поражения электрическим током. Тем не менее, держать руки в чистоте и сухости и снимать все металлические украшения при работе с электричеством по-прежнему является отличной идеей.Даже при более низком напряжении металлические украшения могут представлять опасность, поскольку проводят ток, достаточный для ожога кожи, при контакте между двумя точками в цепи. Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких ожогов пальцев из-за замыкания между точками в низковольтной и сильноточной цепи.
Кроме того, напряжение ниже 30 может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятное ощущение, которое может вызвать вздрагивание и случайное соприкосновение с более высоким напряжением или другую опасность.Я вспоминаю, как однажды жарким летним днем работал над автомобилем. На мне были шорты, моя голая нога касалась хромового бампера автомобиля, когда я затягивал контакты аккумулятора. Когда я прикоснулся металлическим ключом к положительной (незаземленной) стороне 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в том месте, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей вспотевшей кожи позволило почувствовать шок всего лишь с 12 вольт электрическим потенциалом.
К счастью, ничего плохого не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не ноге, я мог бы рефлекторно толкнуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора (производя большой () ток через гаечный ключ с большим количеством искр).Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; этот электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас подпрыгивать или спазмировать части вашего тела в опасную для вас сторону.
Ток, проходящий через человеческое тело, имеет значение, насколько он опасен. Ток будет влиять на все мышцы, находящиеся на его пути, и, поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, токи, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и смертельного исхода.
Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать с цепями под напряжением, находящимися под напряжением, только одной рукой, а вторую руку держать в кармане, чтобы случайно ни к чему не прикоснуться. Конечно, всегда безопаснее работать в цепи, когда она отключена, но это не всегда практично или возможно. При работе одной рукой обычно предпочитают правую руку левой по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), а сердце обычно находится слева от центра в грудной полости.
Для левшей этот совет может быть не лучшим. Если такой человек недостаточно скоординирован с правой рукой, он может подвергнуть себя большей опасности, используя руку, с которой ему меньше всего комфортно, даже если электрический ток, протекающий через эту руку, может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность между сотрясением одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки для работы лучше всего оставить на усмотрение человека.
Лучшая защита от ударов цепи под напряжением — это сопротивление, а сопротивление может быть добавлено к телу с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи является функцией доступного напряжения, деленного на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены так, что ток может течь только по одному пути:
Фигура 1.10
Человек, находящийся в прямом контакте с источником напряжения: ток ограничен только сопротивлением тела.
[латекс] I = \ frac {E} {R_ {boot}} [/ латекс]
Теперь мы рассмотрим эквивалентную схему для человека в изолированных перчатках и ботинках:
Рисунок 1.11
Лицо в изоляционных перчатках и сапогах;
Ток теперь ограничен сопротивлением цепи:
[латекс] I = \ frac {E} {R_ {glove} + R_ {body} + R_ {boot} +} [/ latex]
Поскольку электрический ток должен проходить через чехол и корпус и перчатку, чтобы замкнуть цепь обратно к батарее, общая сумма ( сумма ) этих сопротивлений препятствует прохождению тока в большей степени, чем любое другое сопротивлений рассматривается индивидуально.
Безопасность — одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и тем, кто или что-либо может с ним контактировать. К сожалению, было бы слишком дорого изолировать проводники линии электропередач из-за недостаточной изоляции для обеспечения безопасности в случае случайного контакта. Таким образом, безопасность обеспечивается за счет того, что эти стропы должны находиться достаточно далеко вне досягаемости, чтобы никто не мог случайно их коснуться.
Если возможно, отключите питание цепи перед выполнением каких-либо работ с ней.Вы должны обезопасить все источники вредной энергии, прежде чем систему можно будет считать безопасной для работы. В промышленности обеспечение безопасности цепи, устройства или системы в этом состоянии обычно называют переводом в состояние с нулевым энергопотреблением . В центре внимания этого урока, конечно же, электробезопасность. Однако многие из этих принципов применимы и к неэлектрическим системам.
Вред для тела зависит от силы электрического тока. Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи.Сопротивление противостоит току, поэтому высокое сопротивление является хорошей защитой от ударов.
Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные ударные токи. Металлические украшения определенно плохо носить при работе с электрическими цепями. Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают отличный электрический контакт с вашим телом и сами могут проводить ток, достаточный для возникновения ожогов кожи даже при низком напряжении.
Низкое напряжение может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы напрямую вызвать поражение электрическим током.Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее отпрянуть и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
Когда необходимо работать с «живым» контуром, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).
Если возможно, отключите питание цепи перед выполнением каких-либо работ с ней.
При работе с оборудованием отключите все источники питания перед выполнением любых работ.В промышленности удаление этих источников питания из цепи, устройства или системы обычно называется переводом в состояние с нулевым энергопотреблением . В центре внимания этого урока, конечно же, электробезопасность. Однако многие из этих принципов применимы и к неэлектрическим системам.
Обеспечение безопасности чего-либо в состоянии нулевой энергии означает избавление от любого вида потенциальной или накопленной энергии, включая, помимо прочего:
Опасное напряжение
Давление пружины
Гидравлическое давление (жидкость)
Пневматическое (воздушное) давление
Подвес
Химическая энергия (легковоспламеняющиеся или иным образом реагирующие вещества)
Ядерная энергия (радиоактивные или делящиеся вещества)
Напряжение по своей природе является проявлением потенциальной энергии.В первой главе я даже использовал приподнятую жидкость в качестве аналогии с потенциальной энергией напряжения, имеющей способность (потенциал) производить ток (поток), но не обязательно осознавая этот потенциал, пока не будет установлен подходящий путь для потока. и сопротивление потоку преодолевается. Пара проводов с высоким напряжением между ними не выглядит и не кажется опасной, даже если между ними имеется достаточно потенциальной энергии, чтобы протолкнуть смертоносное количество тока через ваше тело. Несмотря на то, что это напряжение в настоящее время ничего не делает, у него есть потенциал, и этот потенциал необходимо нейтрализовать, прежде чем можно будет физически контактировать с этими проводами.
Все правильно спроектированные схемы имеют механизмы отключения для снятия напряжения в цепи. Иногда эти «разъединения» служат двойной цели: автоматически размыкаются в условиях чрезмерного тока, и в этом случае мы называем их «автоматическими выключателями». В других случаях выключатели-разъединители представляют собой устройства с ручным управлением без автоматической функции. В любом случае они существуют для вашей защиты и должны использоваться должным образом. Обратите внимание, что устройство отключения должно быть отдельно от обычного выключателя, используемого для включения и выключения устройства.Это предохранительный выключатель, который должен использоваться только для защиты системы в состоянии нулевого потребления энергии:
Рисунок 1.12
Если выключатель находится в «разомкнутом» положении, как показано (нет непрерывности), цепь разомкнута, и ток не будет существовать. На нагрузке будет нулевое напряжение, а полное напряжение источника будет падать на разомкнутые контакты выключателя. Обратите внимание, что в нижнем проводе цепи нет необходимости в размыкающем выключателе. Поскольку эта сторона цепи надежно соединена с землей (землей), она электрически является общей с землей, и ее лучше оставить таким образом.Для максимальной безопасности персонала, работающего с нагрузкой в этой цепи, можно установить временное заземление на верхней стороне нагрузки, чтобы исключить падение напряжения на нагрузке:
Рисунок 1.13
При наличии временного заземляющего соединения обе стороны проводки нагрузки соединяются с землей, обеспечивая нулевое состояние энергии на нагрузке.
Поскольку заземление с обеих сторон нагрузки электрически эквивалентно короткому замыканию через нагрузку с помощью провода, это еще один способ достижения той же цели максимальной безопасности:
Фигура 1.14
В любом случае обе стороны нагрузки будут электрически общими с землей, с учетом отсутствия напряжения (потенциальной энергии) между обеими сторонами нагрузки и землей, на которой стоят люди. Этот метод временного заземления проводов в обесточенной энергосистеме очень распространен при техническом обслуживании систем распределения электроэнергии высокого напряжения.
Еще одним преимуществом этой меры предосторожности является защита от возможности включения размыкающего переключателя (включения, чтобы обеспечить непрерывность цепи), когда люди все еще контактируют с нагрузкой.Временный провод, подключенный к нагрузке, создавал бы короткое замыкание, когда выключатель был замкнут, немедленно отключая любые устройства защиты от перегрузки по току (автоматические выключатели или предохранители) в цепи, что снова отключает питание. Если это произойдет, разъединитель вполне может получить повреждение, но рабочие на нагрузке находятся в безопасности.
Здесь было бы хорошо упомянуть, что устройства максимального тока не предназначены для защиты от поражения электрическим током.Скорее они существуют исключительно для защиты проводников от перегрева из-за чрезмерных токов. Только что описанные временные закорачивающие провода действительно могут вызвать «срабатывание» любых устройств перегрузки по току в цепи, если выключатель должен быть замкнут, но следует понимать, что защита от поражения электрическим током не является предполагаемой функцией этих устройств. Их основная функция будет просто использоваться для защиты рабочего с установленным закорачивающим проводом.
Структурированные системы безопасности: блокировка / маркировка
Поскольку очевидно, что важно иметь возможность закрепить любые отключающие устройства в разомкнутом (выключенном) положении и убедиться, что они остаются в этом положении во время работы в цепи, существует потребность в структурированной системе безопасности, которая должна быть введена в место.Такая система обычно используется в промышленности и называется Lock-out / Tag-out .
Процедура блокировки / маркировки работает следующим образом: все люди, работающие в защищенной цепи, имеют свой собственный замок или кодовый замок, который они устанавливают на рычаге управления устройства отключения перед работой с системой. Кроме того, они должны заполнить и подписать ярлык, который они вешают на свой замок, с описанием характера и продолжительности работы, которую они собираются выполнять в системе.Если есть несколько источников энергии, которые необходимо «заблокировать» (множественные разъединения, как электрические, так и механические источники энергии должны быть защищены, и т. Д.), Рабочий должен использовать столько своих замков, сколько необходимо для обеспечения питания от системы. до начала работы. Таким образом, система поддерживается в состоянии нулевого энергопотребления до тех пор, пока не будет снята каждая последняя блокировка со всех устройств отключения и отключения, а это означает, что каждый последний работник дает согласие, снимая свои личные блокировки. Если будет принято решение повторно активировать систему, и замок (и) одного человека все еще остается на месте после того, как все присутствующие снимают свои, метка (и) покажет, кто этот человек и что он делает.
Даже при наличии хорошей программы безопасности по блокировке / маркировке все еще необходимы усердие и меры предосторожности, основанные на здравом смысле. Это особенно актуально в промышленных условиях, когда над устройством или системой может одновременно работать множество людей. Некоторые из этих людей могут не знать о надлежащей процедуре блокировки / маркировки или могут знать о ней, но слишком самоуверенны, чтобы ей следовать. Не думайте, что все соблюдают правила безопасности!
После того, как электрическая система была заблокирована и помечена вашим личным замком, вы должны дважды проверить, действительно ли напряжение зафиксировано в нулевом состоянии.Один из способов проверить — увидеть, запустится ли машина (или что-то еще, над чем она работает), если будет задействован переключатель или кнопка start . Если он запускается, значит, вы знаете, что не смогли обеспечить от него электрическую энергию.
Кроме того, вы должны всегда проверять на наличие опасного напряжения с помощью измерительного прибора, прежде чем касаться каких-либо проводов в цепи. Для большей безопасности вы должны выполнить следующую процедуру проверки, использования, а затем проверки вашего глюкометра:
Убедитесь, что ваш измеритель правильно показывает на известном источнике напряжения.
Используйте свой измеритель, чтобы проверить цепь блокировки на наличие опасного напряжения.
Еще раз проверьте свой измеритель на известном источнике напряжения, чтобы убедиться, что он по-прежнему показывает, как должен.
Хотя это может показаться чрезмерным или даже параноидальным, это проверенный метод предотвращения поражения электрическим током. Однажды у меня был счетчик, который не смог показать напряжение, когда он должен был, при проверке цепи, чтобы убедиться, что она «мертвая». Если бы я не использовал другие средства для проверки наличия напряжения, меня бы сегодня не было в живых, чтобы написать это.Всегда есть шанс, что ваш вольтметр окажется неисправным именно тогда, когда он понадобится вам для проверки на наличие опасного состояния. Следуя этим инструкциям, вы никогда не попадете в смертельную ситуацию из-за поломки счетчика.
Наконец, электромонтажник прибудет к тому моменту процедуры проверки безопасности, когда будет считаться безопасным прикосновение к проводнику (проводам). Имейте в виду, что после принятия всех мер предосторожности возможно (хотя и очень маловероятно) наличие опасного напряжения.Последней мерой предосторожности, которую следует предпринять на этом этапе, является кратковременный контакт проводника (проводов) тыльной стороной руки перед тем, как схватить его или металлический инструмент, соприкасающийся с ним. Почему? Если по какой-то причине между этим проводником и заземлением все еще присутствует напряжение, движение пальца в результате реакции удара (сжатие в кулак) приведет к разрыву контакта с проводником. Обратите внимание, что это абсолютно последний шаг , который должен выполнить любой электрик перед началом работы с энергосистемой, и никогда не следует использовать в качестве альтернативного метода проверки опасного напряжения.Если у вас когда-либо будут основания сомневаться в надежности вашего глюкометра, воспользуйтесь другим глюкометром, чтобы получить «второе мнение».
Состояние нулевой энергии: когда цепь, устройство или система защищены таким образом, что отсутствует потенциальная энергия, которая могла бы нанести вред кому-либо, работающему с ними.
Разъединительные выключатели
должны присутствовать в правильно спроектированной электрической системе, чтобы обеспечить удобную готовность к состоянию нулевого энергопотребления.
К обслуживаемой нагрузке могут быть подключены временные заземляющие или закорачивающие провода для дополнительной защиты персонала, работающего с этой нагрузкой.
Блокировка / маркировка
работает следующим образом: при работе с системой в состоянии нулевого энергопотребления рабочий помещает личный замок или кодовый замок на каждое устройство отключения энергии, имеющее отношение к его или ее задаче в этой системе. Кроме того, на каждый из этих замков навешивается тег, описывающий характер и продолжительность работы, которую необходимо выполнить, и того, кто ее выполняет.
Всегда проверяйте, чтобы цепь была зафиксирована в состоянии нулевого потребления энергии с помощью испытательного оборудования после «блокировки». Обязательно проверьте свой глюкометр до и после проверки цепи, чтобы убедиться, что она работает правильно.
Когда придет время действительно вступить в контакт с проводником (-ами) предположительно мертвой энергосистемы, сделайте это сначала тыльной стороной одной руки, чтобы в случае удара током мышечная реакция оттолкнула пальцы от проводника. .
Безопасное и эффективное использование электросчетчика — это, пожалуй, самый ценный навык, которым может овладеть электронщик, как ради собственной безопасности, так и для профессионального мастерства. Поначалу может быть сложно использовать счетчик, зная, что вы подключаете его к цепям под напряжением, которые могут содержать опасные для жизни уровни напряжения и тока.Это опасение небезосновательно, и всегда лучше действовать осторожно при использовании счетчиков. Небрежность больше, чем какой-либо другой фактор, является причиной несчастных случаев с электричеством у опытных технических специалистов.
Мультиметры
Самым распространенным электрическим испытательным оборудованием является мультиметр . Мультиметры названы так потому, что они могут измерять множество переменных: напряжение, ток, сопротивление и часто многие другие, некоторые из которых не могут быть объяснены здесь из-за их сложности.В руках обученного техника мультиметр является одновременно эффективным рабочим инструментом и защитным устройством. Однако в руках невежественного и / или неосторожного человека мультиметр может стать источником опасности при подключении к «действующей» цепи.
Существует много разных марок мультиметров, причем каждый производитель выпускает несколько моделей с разными наборами функций. Мультиметр, показанный здесь на следующих иллюстрациях, представляет собой «общий» дизайн, не специфичный для какого-либо производителя, но достаточно общий, чтобы научить основным принципам использования:
Фигура 1.15
Вы заметите, что дисплей этого измерителя имеет «цифровой» тип: числовые значения отображаются с использованием четырех цифр, как на цифровых часах. Поворотный селекторный переключатель (теперь установлен в положение Off ) имеет пять различных положений измерения, в которых он может быть установлен: два значения «V», два значения «A» и одно положение посередине с забавной «подковой». Символ на нем, представляющий «сопротивление». Символ «подкова» — это греческая буква «Омега» (Ω), которая является общим символом для электрической единицы измерения ом.
Из двух настроек «V» и двух настроек «A» вы заметите, что каждая пара разделена на уникальные маркеры либо парой горизонтальных линий (одна сплошная, одна пунктирная), либо пунктирной линией с волнистой кривой над ней. . Параллельные линии представляют «постоянный ток», а волнистая кривая — «переменный ток». «V», конечно, означает «напряжение», а «A» означает «сила тока» (ток). Измеритель использует другие методы для измерения постоянного тока внутри, чем он использует для измерения переменного тока, и поэтому он требует от пользователя выбора типа напряжения (В) или тока (А) для измерения.Хотя мы не обсуждали переменный ток (AC) в каких-либо технических деталях, это различие в настройках счетчика важно помнить.
Мультиметр Розетки
На лицевой панели мультиметра есть три разных гнезда, к которым мы можем подключить наши измерительные провода . Измерительные провода — это не что иное, как специально подготовленные провода, используемые для подключения измерителя к тестируемой цепи. Провода покрыты гибкой изоляцией с цветовой кодировкой (черной или красной), чтобы руки пользователя не касались оголенных проводов, а концы зондов представляют собой острые жесткие кусочки проволоки:
Фигура 1.16
Черный измерительный провод всегда подключается к черному разъему на мультиметре: с пометкой «COM» для «общего». Красные измерительные провода подключаются либо к красному разъему с маркировкой напряжения и сопротивления, либо к красному разъему с маркировкой тока, в зависимости от того, какое количество вы собираетесь измерить с помощью мультиметра.
Чтобы увидеть, как это работает, давайте рассмотрим несколько примеров, показывающих, как используется счетчик. Сначала мы настроим измеритель для измерения постоянного напряжения от батареи:
Фигура 1.17
Обратите внимание, что два измерительных провода подключены к соответствующим гнездам на измерителе для измерения напряжения, а селекторный переключатель установлен на «V» постоянного тока. Теперь рассмотрим пример использования мультиметра для измерения напряжения переменного тока от бытовой электрической розетки (настенной розетки):
Рис. 1.18
Единственное отличие в настройке измерителя — это расположение селекторного переключателя: теперь он установлен на переменный ток «V». Поскольку мы все еще измеряем напряжение, измерительные провода останутся подключенными к тем же гнездам.В обоих этих примерах настоятельно рекомендуется, , чтобы вы не позволяли наконечникам щупов соприкасаться друг с другом, пока они оба находятся в контакте со своими соответствующими точками в цепи. Если это произойдет, образуется короткое замыкание, вызывающее искру и, возможно, даже шар пламени, если источник напряжения способен обеспечить достаточный ток! Следующее изображение иллюстрирует потенциальную опасность:
Рис. 1.19.
Это лишь один из способов, которым счетчик может стать источником опасности при неправильном использовании.
Измерение напряжения, пожалуй, самая распространенная функция, для которой используется мультиметр. Это, безусловно, первичное измерение, выполняемое в целях безопасности (часть процедуры блокировки / маркировки), и оно должно быть хорошо понято оператором счетчика. Поскольку напряжение между двумя точками всегда является относительным, измеритель должен быть надежно подключен к двум точкам в цепи, прежде чем он будет обеспечивать надежное измерение. Обычно это означает, что оба щупа должны быть схвачены руками пользователя и прижаты к правильным точкам контакта источника напряжения или цепи во время измерения.
Поскольку путь электрического тока из рук в руки является наиболее опасным, удерживание измерительных щупов в двух точках высоковольтной цепи таким образом всегда представляет потенциальную опасность . Если защитная изоляция на датчиках изношена или потрескалась, пальцы пользователя могут соприкоснуться с проводниками датчика во время испытания, что приведет к сильному удару. Если можно использовать только одну руку для захвата зондов, это более безопасный вариант. Иногда можно «защелкнуть» один наконечник щупа на контрольной точке цепи, чтобы его можно было отпустить, а другой установить на место, используя только одну руку.Для облегчения этого можно прикрепить специальные аксессуары для наконечников зонда, такие как пружинные зажимы.
Помните, что измерительные провода измерителя являются частью всего комплекта оборудования и что с ними следует обращаться так же осторожно и уважительно, как и с самим измерителем. Если вам нужен специальный аксессуар для ваших измерительных проводов, такой как пружинный зажим или другой специальный наконечник зонда, обратитесь к каталогу продукции производителя измерителя или другого производителя испытательного оборудования. Не пытайтесь проявить изобретательность и делать свои собственные пробники , так как вы можете подвергнуть себя опасности в следующий раз, когда будете использовать их в цепи под напряжением.
Кроме того, следует помнить, что цифровые мультиметры обычно хорошо справляются с различением измерений переменного и постоянного тока, поскольку они настраиваются на одно или другое при проверке напряжения или тока. Как мы видели ранее, как переменное, так и постоянное напряжение и ток могут быть смертельными, поэтому при использовании мультиметра в качестве устройства проверки безопасности вы всегда должны проверять наличие как переменного, так и постоянного тока, даже если вы не ожидаете найти и то, и другое. ! Кроме того, при проверке наличия опасного напряжения вы должны обязательно проверить всех пар рассматриваемых точек.
Например, предположим, что вы открыли шкаф с электропроводкой и обнаружили три больших проводника, подающих питание переменного тока на нагрузку. Автоматический выключатель, питающий эти провода (предположительно), был отключен, заблокирован и помечен. Вы дважды проверили отсутствие питания, нажав кнопку Start для нагрузки. Ничего не произошло, поэтому теперь вы переходите к третьему этапу проверки безопасности: проверке измерителя напряжения.
Сначала вы проверяете свой измеритель на известном источнике напряжения, чтобы убедиться, что он работает правильно.Любая ближайшая электрическая розетка должна обеспечивать удобный источник переменного напряжения для проверки. Вы делаете это и обнаруживаете, что счетчик показывает как следует. Затем вам нужно проверить напряжение между этими тремя проводами в шкафу. Но напряжение измеряется между и двумя точками , так где же проверить?
Рисунок 1.20
Ответ — проверить все комбинации этих трех точек. Как видите, на рисунке точки обозначены буквами «A», «B» и «C», поэтому вам нужно будет взять мультиметр (установленный в режиме вольтметра) и проверить его между точками A и B, B и C, а также A и C.Если вы обнаружите напряжение между любой из этих пар, цепь не находится в состоянии нулевой энергии. Но ждать! Помните, что мультиметр не будет регистрировать напряжение постоянного тока, когда он находится в режиме переменного напряжения, и наоборот, поэтому вам необходимо проверить эти три пары точек в в каждом режиме , в общей сложности шесть проверок напряжения для завершения!
Однако, даже несмотря на все эти проверки, мы еще не охватили все возможности. Помните, что опасное напряжение может появиться между одиночным проводом и землей (в этом случае металлический каркас шкафа будет хорошей точкой отсчета заземления) в энергосистеме.Итак, чтобы быть в полной безопасности, мы должны не только проверять между A и B, B и C, и A и C (как в режимах переменного, так и постоянного тока), но мы также должны проверять между A и землей, B и землей, и C & заземление (в режимах переменного и постоянного тока)! Это дает в общей сложности двенадцать проверок напряжения для этого, казалось бы, простого сценария всего с тремя проводами. Затем, конечно же, после того, как мы завершили все эти проверки, нам нужно взять мультиметр и повторно проверить его с помощью известного источника напряжения, такого как розетка, чтобы убедиться, что он по-прежнему в хорошем рабочем состоянии.
Использование мультиметра для проверки сопротивления
Использование мультиметра для проверки сопротивления — гораздо более простая задача. Измерительные провода будут оставаться подключенными к тем же розеткам, что и для проверки напряжения, но селекторный переключатель необходимо повернуть, пока он не укажет на символ сопротивления «подкова». Касаясь щупами устройства, сопротивление которого необходимо измерить, измеритель должен правильно отображать сопротивление в омах:
Фигура 1.21
При измерении сопротивления следует помнить, что это нужно делать только на обесточенных компонентах! Когда измеритель находится в режиме «сопротивления», он использует небольшую внутреннюю батарею для генерации крошечного тока через измеряемый компонент. Путем определения того, насколько сложно пропустить этот ток через компонент, можно определить и отобразить сопротивление этого компонента. Если в контуре измерителя-вывод-компонент-вывод-измеритель имеется дополнительный источник напряжения, который либо помогает, либо противодействует току измерения сопротивления, производимому измерителем, это приведет к ошибочным показаниям.В худшем случае счетчик может даже выйти из строя из-за внешнего напряжения.
Режим «Сопротивление» мультиметра
Режим «сопротивления» мультиметра очень полезен для определения целостности проводов, а также для точных измерений сопротивления. Когда между наконечниками пробников имеется хорошее, прочное соединение (моделируется путем их соприкосновения), измеритель показывает почти нулевое сопротивление. Если бы измерительные провода не имели сопротивления, он показывал бы ровно ноль:
Фигура 1.22
Если выводы не соприкасаются друг с другом или не касаются противоположных концов разорванного провода, измеритель покажет бесконечное сопротивление (обычно путем отображения пунктирных линий или аббревиатуры «O.L.», что означает «разомкнутый контур»):
Рисунок 1.23
Измерение тока с помощью мультиметра
Безусловно, наиболее опасным и сложным применением мультиметра является измерение тока. Причина этого довольно проста: для того, чтобы измеритель мог измерять ток, измеряемый ток должен проходить через – счетчика.Это означает, что измеритель должен быть частью цепи тока, а не просто подключаться к какой-либо стороне, как в случае измерения напряжения. Чтобы сделать измеритель частью пути тока цепи, исходная цепь должна быть «разорвана», а измеритель должен быть подключен к двум точкам разомкнутого разрыва. Чтобы настроить измеритель на это, селекторный переключатель должен указывать на переменный или постоянный ток «A», а красный измерительный провод должен быть вставлен в красную розетку с маркировкой «A». На следующем рисунке показан измеритель, полностью готовый к измерению тока, и проверяемая цепь:
Фигура 1.24
Сейчас цепь разомкнута при подготовке к подключению счетчика:
Рисунок 1.25
Следующий шаг — вставить измеритель в одну линию со схемой, подключив два наконечника щупа к разорванным концам цепи, черный щуп к отрицательной (-) клемме 9-вольтовой батареи и красный щуп к свободному концу провода, ведущему к лампе:
Рисунок 1.26
Этот пример показывает очень безопасную схему для работы. 9 вольт вряд ли представляют опасность поражения электрическим током, поэтому не стоит бояться разомкнуть эту цепь (не голыми руками, не меньше!) И подключить счетчик параллельно с током.Однако с цепями более высокой мощности это действительно может быть опасным занятием. Даже если напряжение в цепи было низким, нормальный ток мог быть достаточно высоким, чтобы возникла опасная искра в момент установления последнего подключения датчика измерителя.
Другая потенциальная опасность использования мультиметра в режиме измерения тока («амперметр») заключается в том, что он не может правильно вернуть его в конфигурацию измерения напряжения перед измерением напряжения с его помощью. Причины этого зависят от конструкции и работы амперметра.При измерении тока в цепи путем размещения измерителя непосредственно на пути тока, лучше всего, чтобы измеритель оказывал небольшое сопротивление току или не оказывал его вообще. В противном случае дополнительное сопротивление изменит работу схемы. Таким образом, мультиметр спроектирован так, чтобы сопротивление между наконечниками измерительного щупа было практически нулевым, когда красный щуп был вставлен в красное гнездо «А» (для измерения тока). В режиме измерения напряжения (красный провод вставлен в красное гнездо «V») между наконечниками измерительных щупов имеется большое количество мегаомов сопротивления, потому что вольтметры имеют сопротивление, близкое к бесконечному (так что они не работают). t потребляет значительный ток от тестируемой цепи).
При переключении мультиметра из режима измерения тока в режим измерения напряжения легко повернуть селекторный переключатель из положения «A» в положение «V» и забыть, соответственно, переключить положение разъема красного измерительного провода с «A» на положение «V». «V». В результате — если счетчик затем подключить к источнику значительного напряжения — произойдет короткое замыкание счетчика!
Рисунок 1.27
Чтобы предотвратить это, у большинства мультиметров есть функция предупреждения, с помощью которой они издают звуковой сигнал, если когда-либо в гнездо «A» вставлен провод, а селекторный переключатель установлен в положение «V».Однако какими бы удобными ни были эти функции, они по-прежнему не заменяют ясного мышления и осторожности при использовании мультиметра.
Все качественные мультиметры содержат внутри предохранители, которые спроектированы так, чтобы «перегорать» в случае чрезмерного тока через них, как в случае, показанном на последнем изображении. Как и все устройства максимальной токовой защиты, эти предохранители в первую очередь предназначены для защиты оборудования (в данном случае самого счетчика) от чрезмерного повреждения и только во вторую очередь для защиты пользователя от повреждений.Мультиметр можно использовать для проверки собственного предохранителя, установив селекторный переключатель в положение сопротивления и создав соединение между двумя красными гнездами следующим образом:
Рисунок 1.28.
. Исправный предохранитель будет указывать на очень низкое сопротивление, в то время как перегоревший предохранитель всегда будет показывать «O.L.» (или любое другое указание, которое используется этой моделью мультиметра для обозначения отсутствия непрерывности) Фактическое количество Ом, отображаемое для исправного предохранителя, не имеет большого значения, пока оно является произвольно низким.
Итак, теперь, когда мы увидели, как использовать мультиметр для измерения напряжения, сопротивления и тока, что еще нужно знать? Множество! Ценность и возможности этого универсального испытательного прибора станут более очевидными по мере того, как вы приобретете навыки и познакомитесь с ним.Ничто не заменит регулярных занятий со сложными инструментами, такими как эти, поэтому не стесняйтесь экспериментировать с безопасными схемами с батарейным питанием.
Измеритель, способный проверять напряжение, ток и сопротивление, называется мультиметром .
Поскольку напряжение между двумя точками всегда относительное, измеритель напряжения («вольтметр») должен быть подключен к двум точкам в цепи, чтобы получить хорошие показания. Будьте осторожны, не касайтесь оголенных наконечников щупов вместе при измерении напряжения, так как это приведет к короткому замыканию!
Не забывайте всегда проверять напряжение переменного и постоянного тока при использовании мультиметра для проверки наличия опасного напряжения в цепи.Убедитесь, что вы проверяете напряжение между всеми комбинациями пар проводников, в том числе между отдельными проводниками и землей!
В режиме измерения напряжения («вольтметр») мультиметры имеют очень высокое сопротивление между выводами.
Никогда не пытайтесь измерить сопротивление или целостность цепи с помощью мультиметра в цепи, которая находится под напряжением. В лучшем случае показания сопротивления, полученные от глюкометра, будут неточными, а в худшем случае глюкометр может быть поврежден, а вы можете получить травму.
Измерители тока («амперметры») всегда подключены в цепь, поэтому электроны должны проходить через через счетчик .
В режиме измерения тока («амперметр») мультиметры практически не имеют сопротивления между выводами. Это сделано для того, чтобы электроны могли проходить через счетчик с наименьшими трудностями. Если бы это было не так, измеритель добавлял бы дополнительное сопротивление в цепи, тем самым влияя на ток.
Как мы видели ранее, энергосистема без надежного соединения с землей непредсказуема с точки зрения безопасности.Невозможно гарантировать, какое или как мало будет напряжения между любой точкой цепи и землей. Заземлив одну сторону источника напряжения энергосистемы, по крайней мере, одна точка в цепи может быть электрически соединена с землей и, следовательно, не представляет опасности поражения электрическим током. В простой двухпроводной системе электропитания проводник, подключенный к земле, называется нейтралью , а другой проводник называется hot , также известный как live или active :
Фигура 1.29 Двухпроводная система электропитания
Что касается источника напряжения и нагрузки, заземление не имеет никакого значения. Он существует исключительно ради личной безопасности, гарантируя, что по крайней мере одна точка в цепи будет безопасна для прикосновения (нулевое напряжение относительно земли). «Горячая» сторона цепи, названная в честь ее потенциальной опасности поражения электрическим током, будет опасна прикасаться, если напряжение не будет обеспечено путем надлежащего отключения от источника (в идеале, с использованием процедуры систематической блокировки / маркировки).
Этот дисбаланс опасностей между двумя проводниками в простой силовой цепи важно понимать. Следующая серия иллюстраций основана на распространенных бытовых системах электропроводки (для простоты с использованием источников постоянного напряжения, а не переменного тока).
Если мы посмотрим на простой бытовой электроприбор, такой как тостер с проводящим металлическим корпусом, мы увидим, что при правильной работе не должно быть опасности поражения электрическим током. Провода, передающие питание на нагревательные элементы тостера, изолированы от соприкосновения с металлическим корпусом (и друг с другом) резиной или пластиком.
Рисунок 1.30 Отсутствие напряжения между корпусом и землей
Однако, если один из проводов внутри тостера случайно войдет в контакт с металлическим корпусом, корпус станет электрически общим для провода, и прикосновение к корпусу будет так же опасно, как прикосновение к оголенному проводу. Представляет ли это опасность поражения электрическим током, зависит от , к которому случайно прикоснется:
Рисунок 1.31 случайное контактное напряжение между корпусом и землей
Если «горячий» провод касается корпуса, это подвергает опасности пользователя тостера.С другой стороны, если нейтральный провод касается корпуса, опасность поражения электрическим током отсутствует:
Рисунок 1.32 Случайное отсутствие напряжения между корпусом и землей
Чтобы гарантировать, что первый отказ менее вероятен, чем второй, инженеры стараются проектировать устройства таким образом, чтобы свести к минимуму контакт горячего проводника с корпусом. В идеале, конечно, вы не хотите, чтобы какой-либо из проводов случайно соприкасался с проводящим корпусом прибора, но обычно есть способы спроектировать расположение частей, чтобы сделать случайный контакт менее вероятным для одного провода, чем для другого.
Однако эта профилактическая мера эффективна только в том случае, если может быть гарантирована полярность вилки питания. Если вилку можно перевернуть, то проводник с большей вероятностью соприкоснется с корпусом вполне может быть «горячим»:
Рисунок 1.33 Напряжение между корпусом и землей
Устройства, разработанные таким образом, обычно поставляются с «поляризованными» вилками, причем один контакт вилки немного уже, чем другой. Розетки питания также имеют такую же конструкцию, причем один слот уже другой.Следовательно, вилку нельзя вставить «задом наперед», и можно гарантировать идентичность проводника внутри устройства. Помните, что это никак не влияет на основные функции устройства: это делается исключительно ради безопасности пользователя.
Некоторые инженеры решают проблему безопасности, просто делая внешний корпус прибора непроводящим. Такие приборы называются с двойной изоляцией и , поскольку изолирующий кожух служит вторым слоем изоляции над и за пределами самих проводов.Если провод внутри устройства случайно войдет в контакт с корпусом, это не представляет опасности для пользователя устройства.
Другие инженеры решают проблему безопасности, поддерживая проводящий корпус, но используя третий провод для надежного соединения этого корпуса с землей:
Рис. 1.34 Нулевое напряжение корпуса заземления между корпусом и землей
Третий контакт на шнуре питания обеспечивает прямое электрическое соединение корпуса устройства с землей, делая две точки электрически общими друг с другом.Если они электрически общие, то между ними не может быть падения напряжения. По крайней мере, так оно и должно работать. Если горячий провод случайно коснется металлического корпуса прибора, он вызовет прямое короткое замыкание обратно на источник напряжения через заземляющий провод, сработав любые устройства защиты от сверхтоков. Пользователь устройства останется в безопасности.
Вот почему так важно никогда не отрезать третий контакт вилки питания, когда пытаетесь вставить его в розетку с двумя контактами.Если это будет сделано, не будет заземления корпуса прибора для обеспечения безопасности пользователя (ей). Устройство по-прежнему будет функционировать должным образом, но если возникнет внутренняя неисправность, в результате которой горячий провод соприкасается с корпусом, результаты могут быть смертельными. Если необходимо использовать двухконтактную розетку , можно установить двухконтактный переходник розетки с заземляющим проводом, прикрепленным к винту заземляющей крышки. Это обеспечит безопасность заземленного прибора, подключенного к розетке этого типа.
Однако электрически безопасное проектирование не обязательно заканчивается нагрузкой. Последнюю защиту от поражения электрическим током можно установить на стороне источника питания цепи, а не на самом приборе. Эта мера защиты называется , обнаружение замыкания на землю , и работает она следующим образом:
В правильно работающем приборе (показанном выше) ток, измеренный через проводник под напряжением, должен быть точно равен току через нейтральный проводник, потому что существует только один путь для прохождения электронов в цепи.При отсутствии неисправности внутри устройства нет соединения между проводниками цепи и человеком, касающимся корпуса, и, следовательно, нет удара.
Если, однако, горячая проволока случайно коснется металлического корпуса, через человека, прикоснувшегося к корпусу, пройдет ток. Наличие тока разряда будет проявляться как разница тока между двумя силовыми проводниками в розетке:
Рисунок 1.35 Разница в токе между двумя силовыми проводниками в розетке
Эта разница в токе между «горячим» и «нейтральным» проводниками будет существовать только в том случае, если есть ток через заземление, что означает, что в системе есть неисправность.Следовательно, такая разница тока может использоваться как способ обнаружения неисправности. Если устройство настроено для измерения этой разницы в токе между двумя силовыми проводниками, обнаружение дисбаланса токов может быть использовано для запуска размыкания выключателя, тем самым отключая питание и предотвращая серьезный удар:
Рисунок 1.36 Прерыватели тока замыкания на землю
Такие устройства называются Прерыватели тока замыкания на землю , или сокращенно GFCI. За пределами Северной Америки GFCI также известен как предохранительный выключатель, устройство защитного отключения (RCD), RCBO или RCD / MCB в сочетании с миниатюрным автоматическим выключателем или выключателем утечки на землю (ELCB).Они достаточно компактны, чтобы их можно было встроить в розетку. Эти розетки легко идентифицировать по их характерным кнопкам «Тест» и «Сброс». Большим преимуществом использования этого подхода для обеспечения безопасности является то, что он работает независимо от конструкции устройства. Конечно, использование прибора с двойной изоляцией или заземлением в дополнение к розетке GFCI было бы еще лучше, но приятно знать, что можно что-то сделать для повышения безопасности, помимо конструкции и состояния прибора.
Прерыватель цепи дугового замыкания (AFCI) , автоматический выключатель, предназначенный для предотвращения пожаров, предназначен для размыкания при прерывистых резистивных коротких замыканиях. Например, нормальный выключатель на 15 А предназначен для быстрого размыкания цепи при нагрузке, значительно превышающей номинальную 15 А, или медленнее, немного превышающей номинальную. Хотя это защищает от прямого короткого замыкания и нескольких секунд перегрузки, соответственно, он не защищает от дуги — аналогично дуговой сварке. Дуга представляет собой сильно изменяющуюся нагрузку, периодически достигающую максимума более 70 А, разомкнутую цепь с переходами через ноль переменного тока.Хотя среднего тока недостаточно для срабатывания стандартного выключателя, его достаточно, чтобы разжечь пожар. Эта дуга может быть создана из-за металлического короткого замыкания, которое сжигает металл, оставляя резистивную распыляющую плазму ионизированных газов.
AFCI содержит электронную схему для обнаружения этого прерывистого резистивного короткого замыкания. Он защищает как от дуги от горячего к нейтральному, так и от горячего к заземлению. AFCI не защищает от опасности поражения электрическим током, как GFCI. Таким образом, GFCI по-прежнему необходимо устанавливать на кухне, в ванной и на открытом воздухе.Поскольку AFCI часто срабатывает при запуске больших двигателей и, в более общем случае, щеточных двигателей, его установка ограничена электрическими цепями в спальнях в соответствии с Национальным электротехническим кодексом США. Использование AFCI должно уменьшить количество электрических пожаров. Однако неприятные срабатывания при работе приборов с двигателями в цепях AFCI представляют собой проблему.
В энергосистемах одна сторона источника напряжения часто подсоединяется к заземлению для обеспечения безопасности в этой точке.
«Заземленный» провод в энергосистеме называется нейтральным проводником , , а незаземленный проводник — , горячим проводом .
Заземление в энергосистемах существует ради личной безопасности, а не для работы нагрузки (ей).
Электробезопасность прибора или других нагрузок может быть улучшена с помощью хорошей инженерии: поляризованные вилки, двойная изоляция и трехконтактные вилки с «заземлением» — все это способы повышения безопасности на стороне нагрузки.
Прерыватели тока замыкания на землю (GFCI) работают, определяя разницу в токе между двумя проводниками, подающими питание на нагрузку.Никакой разницы в токе быть не должно. Любое различие означает, что ток должен входить в нагрузку или выходить из нее каким-либо образом, кроме двух основных проводников, что нехорошо. Значительная разница в токе автоматически откроет размыкающий механизм выключателя, полностью отключив питание.
Обычно допустимая токовая нагрузка проводника — это предел конструкции схемы, который нельзя намеренно превышать, но есть приложение, в котором ожидается превышение допустимой токовой нагрузки: в случае предохранителей .
Что такое предохранитель?
A Предохранитель — это устройство электробезопасности, построенное вокруг проводящей полосы, которая предназначена для плавления и разделения в случае чрезмерного тока. Предохранители всегда подключаются последовательно с компонентами, которые должны быть защищены от перегрузки по току, так что, когда предохранитель перегорает (размыкается), он размыкает всю цепь и останавливает ток через компонент (ы). Плавкий предохранитель, включенный в одну ветвь параллельной цепи, конечно, не повлияет на ток через любую из других ветвей.
Обычно тонкий кусок плавкой проволоки помещается в защитную оболочку, чтобы свести к минимуму опасность дугового разряда в случае прорыва проволоки с большой силой, как это может случиться в случае сильных перегрузок по току. В случае небольших автомобильных предохранителей оболочка является прозрачной, так что плавкий элемент может быть визуально осмотрен. В бытовой электропроводке обычно используются ввинчиваемые предохранители со стеклянным корпусом и тонкой узкой полосой из металлической фольги посередине. Фотография, на которой показаны оба типа предохранителей, представлена здесь:
Фигура 1.37 Типы предохранителей
Предохранители картриджного типа популярны в автомобилях и в промышленности, если они изготовлены из материалов оболочки, отличных от стекла. Поскольку предохранители рассчитаны на «отказ» срабатывания при превышении их номинального тока, они обычно предназначены для легкой замены в цепи. Это означает, что они будут вставлены в какой-либо тип держателя, а не припаиваться или прикрепляться болтами к проводникам схемы. Ниже приведена фотография, на которой изображена пара предохранителей со стеклянным картриджем в держателе с несколькими предохранителями:
Фигура 1.38 Стеклянный патрон предохранителей Держатель нескольких предохранителей
Предохранители удерживаются пружинными металлическими зажимами, причем сами зажимы постоянно соединены с проводниками цепи. Основной материал держателя предохранителя (или блока предохранителей , как их иногда называют) выбран как хороший изолятор.
Другой тип держателя предохранителей патронного типа обычно используется для установки в панелях управления оборудованием, где желательно скрыть все точки электрического контакта от контакта с человеком.В отличие от только что показанного блока предохранителей, где все металлические зажимы открыты, этот тип держателя предохранителя полностью закрывает предохранитель в изоляционном корпусе:
Рисунок 1.39 Патрон предохранителя закрывает изолирующий корпус
Наиболее распространенным устройством защиты от перегрузки по току в сильноточных цепях сегодня является автоматический выключатель .
Что такое автоматический выключатель?
Автоматические выключатели — это специально разработанные переключатели, которые автоматически размыкаются для отключения тока в случае перегрузки по току.Малые автоматические выключатели, например, используемые в жилых, коммерческих и легких промышленных предприятиях, имеют термическое управление. Они содержат биметаллическую полосу (тонкую полоску из двух металлов, соединенных спина к спине), несущую ток цепи, которая изгибается при нагревании. Когда биметаллическая полоса создает достаточную силу (из-за чрезмерного нагрева ленты), срабатывает механизм отключения, и прерыватель размыкается. Автоматические выключатели большего размера автоматически активируются силой магнитного поля, создаваемого токонесущими проводниками внутри выключателя, или могут срабатывать для отключения от внешних устройств, контролирующих ток цепи (эти устройства называются защитными реле ).
Поскольку автоматические выключатели не выходят из строя в условиях перегрузки по току — скорее, они просто размыкаются и могут быть повторно включены путем перемещения рычага — они с большей вероятностью будут обнаружены подключенными к цепи более длительным образом, чем предохранители. Фотография маленького автоматического выключателя приведена здесь:
Рисунок 1.40. Малый автоматический выключатель
Снаружи он выглядит как выключатель. Действительно, его можно было использовать как таковое. Однако его истинная функция — работать как устройство защиты от перегрузки по току.
Следует отметить, что в некоторых автомобилях используются недорогие устройства, известные как плавкие вставки , для защиты от перегрузки по току в цепи зарядки аккумулятора из-за стоимости предохранителя и держателя соответствующего номинала. Плавкая вставка — это примитивный предохранитель, представляющий собой не что иное, как короткий кусок провода с резиновой изоляцией, предназначенный для плавления в случае перегрузки по току, без какой-либо твердой оболочки. Такие грубые и потенциально опасные устройства никогда не используются в промышленности или даже в жилых помещениях, в основном из-за встречающихся более высоких уровней напряжения и тока.По мнению автора, их применение даже в автомобильных схемах вызывает сомнения.
Обозначение на электрической схеме для предохранителя представляет собой S-образную кривую:
Рисунок 1.41 S-образная кривая
Номиналы предохранителей
Предохранители
, как и следовало ожидать, в основном рассчитаны на ток: ампер. Хотя их работа зависит от самовыделения тепла в условиях чрезмерного тока за счет собственного электрического сопротивления предохранителя, они спроектированы так, чтобы вносить незначительное дополнительное сопротивление в цепи, которые они защищают.Это в значительной степени достигается за счет того, что плавкий провод делается как можно короче. Точно так же, как допустимая токовая нагрузка обычного провода не связана с его длиной (сплошной медный провод 10 калибра выдержит ток 40 ампер на открытом воздухе, независимо от длины или короткого отрезка), плавкий провод из определенного материала и калибра будет дуть при определенном токе независимо от того, как долго он длится. Так как длина не является фактором в текущем рейтинге, чем короче она может быть сделана, тем меньшее сопротивление будет между концом и концом.
Однако разработчик предохранителя также должен учитывать, что происходит после сгорания предохранителя: оплавленные концы сплошного провода будут разделены воздушным зазором с полным напряжением питания между концами.Если предохранитель недостаточно длинный в цепи высокого напряжения, искра может перескочить с одного из концов расплавленного провода на другой, снова замкнув цепь:
Рисунок 1.42 Принципиальная схема конструктора предохранителей Рисунок 1.43 Принципиальная схема конструктора предохранителей
Следовательно, предохранители рассчитываются с учетом их допустимого напряжения, а также уровня тока, при котором они сработают.
Некоторые большие промышленные предохранители имеют сменные проволочные элементы для снижения затрат. Корпус предохранителя представляет собой непрозрачный картридж многоразового использования, который защищает провод предохранителя от воздействия и защищает окружающие предметы от провода предохранителя.
Номинальный ток предохранителя — это нечто большее, чем просто цифра. Если через предохранитель на 30 ампер пропускается ток в 35 ампер, он может внезапно перегореть или с задержкой перед перегоранием, в зависимости от других аспектов его конструкции. Некоторые предохранители предназначены для очень быстрого срабатывания, в то время как другие рассчитаны на более скромное время «срабатывания» или даже на замедленное срабатывание в зависимости от области применения. Последние предохранители иногда называют плавкими предохранителями из-за их преднамеренной выдержки времени.
Классическим примером применения плавких предохранителей с задержкой срабатывания является защита электродвигателей, где пусковых импульсов токов, в десять раз превышающих нормальный рабочий ток, обычно возникают каждый раз, когда двигатель запускается с полной остановки. Если бы в таком приложении использовались быстродействующие предохранители, двигатель никогда бы не запустился, потому что при нормальных уровнях пускового тока предохранитель (и) немедленно перегорел бы! Конструкция плавкого предохранителя с задержкой срабатывания такова, что элемент плавкого предохранителя имеет большую массу (но не большую допустимую нагрузку), чем эквивалентный быстродействующий плавкий предохранитель, что означает, что он будет нагреваться медленнее (но до той же конечной температуры) при любом заданном количестве. тока.
На другом конце спектра действия предохранителей находятся так называемые полупроводниковые предохранители , предназначенные для очень быстрого размыкания в случае перегрузки по току. Полупроводниковые устройства, такие как транзисторы, обычно особенно нетерпимы к условиям перегрузки по току и поэтому требуют быстродействующей защиты от сверхтоков в мощных приложениях.
Предохранители всегда должны размещаться на «горячей» стороне нагрузки в заземленных системах. Это сделано для того, чтобы нагрузка была полностью обесточена во всех отношениях после срабатывания предохранителя.Чтобы увидеть разницу между плавлением «горячей» стороны и «нейтральной» стороны нагрузки, сравните эти две схемы:
Рисунок 1.44 Принципиальная схема конструктора предохранителей Рисунок 1.45 Принципиальная схема конструктора предохранителей
В любом случае предохранитель успешно прервал ток в нагрузке, но нижняя цепь не может прервать потенциально опасное напряжение с обеих сторон нагрузки на землю, где может стоять человек. . Первая схема намного безопаснее.
Как было сказано ранее, предохранители — не единственный используемый тип устройства защиты от сверхтоков.Устройства, похожие на выключатели, называемые автоматические выключатели , часто (и чаще) используются для размыкания цепей с чрезмерным током, их популярность связана с тем, что они не разрушают себя в процессе размыкания цепи, как предохранители. В любом случае, размещение устройства защиты от сверхтока в цепи будет соответствовать тем же общим рекомендациям, перечисленным выше: а именно, «предохранить» сторону источника питания , а не , подключенную к земле.
Хотя размещение защиты от перегрузки по току в цепи может определять относительную опасность поражения электрическим током в этой цепи при различных условиях, следует понимать, что такие устройства никогда не предназначались для защиты от поражения электрическим током.Ни предохранители, ни автоматические выключатели не предназначены для срабатывания в случае поражения электрическим током; скорее, они предназначены для открытия только в условиях потенциального перегрева проводника. Устройства максимального тока в первую очередь защищают проводники цепи от повреждения из-за перегрева (и опасности возгорания, связанной с чрезмерно горячими проводниками), и, во вторую очередь, защищают определенные части оборудования, такие как нагрузки и генераторы (некоторые быстродействующие предохранители предназначены для защиты особенно чувствительных электронных устройств. к скачкам тока).Поскольку уровни тока, необходимые для поражения электрическим током или поражения электрическим током, намного ниже, чем нормальные уровни тока обычных силовых нагрузок, состояние перегрузки по току не указывает на возникновение удара током. Существуют и другие устройства, предназначенные для обнаружения определенных условий удара (детекторы замыкания на землю являются наиболее популярными), но эти устройства строго служат этой единственной цели и не связаны с защитой проводов от перегрева.
Предохранитель представляет собой небольшой тонкий проводник, предназначенный для плавления и разделения на две части с целью размыкания цепи в случае чрезмерного тока.
Автоматический выключатель — это специально разработанный переключатель, который автоматически размыкается для прерывания тока цепи в случае перегрузки по току. Они могут срабатывать (размыкаться) термически, магнитными полями или внешними устройствами, называемыми «реле защиты», в зависимости от конструкции выключателя, его размера и области применения.
Предохранители
в первую очередь рассчитаны на максимальный ток, но также рассчитаны на то, какое падение напряжения они будут безопасно выдерживать после прерывания цепи.
Предохранители
могут быть сконструированы так, чтобы срабатывать быстро, медленно или где-то посередине при одинаковом максимальном уровне тока.
Лучшее место для установки предохранителя в заземленной электросети — на пути незаземленного проводника к нагрузке. Таким образом, при сгорании предохранителя к нагрузке останется только заземленный (безопасный) провод, что сделает безопаснее для людей находиться рядом.
Узнайте о тестировании непрерывности и о том, как это сделать
Проверка целостности цепи проверяет, течет ли ток в электрической цепи (т.е.е. что цепь непрерывна). Тест выполняется путем подачи небольшого напряжения между 2 или более конечными точками цепи. Поток тока можно проверить качественно, наблюдая за светом или зуммером, последовательно включенным в цепь, или количественно, используя мультиметр для измерения сопротивления между конечными точками.
При проверке целостности измеряется сопротивление между двумя точками. Низкое сопротивление означает, что цепь замкнута и есть электрическая непрерывность. Высокое сопротивление означает, что цепь разомкнута и отсутствует непрерывность.Тестирование непрерывности также может помочь определить, связаны ли две точки, которых не должно быть.
Почему проводится проверка целостности?
Правило 610.1 семнадцатого издания BS 7671: 2008 IEE Wiring Rules требует, чтобы каждая установка во время монтажа и по завершении перед вводом в эксплуатацию подвергалась проверке и испытаниям для подтверждения того, что требования Правил были выполнены. Цель этого теста — убедиться, что CPC образует непрерывный путь вокруг тестируемой цепи.
Проверка целостности цепи является важным испытанием для определения поврежденных компонентов или оборванных проводов в цепи. Это также может помочь определить, хороша ли пайка, не слишком ли велико сопротивление для протекания тока или если электрический провод оборван между двумя точками. Проверка целостности также может помочь в проверке или обратном проектировании электрической цепи или соединения.
Проверка целостности цепи может использоваться для обнаружения соединений холодной пайки и проблем с проводами и кабелями.В полевых условиях используются портативные мультиметры с двойными щупами. Кроме того, эту форму электрического тестирования можно использовать для проверки соединений между контактными площадками и дорожками на печатных платах (PCB).
Что делается во время проверки непрерывности?
Самый распространенный и простой способ выполнить проверку целостности — использовать тестер сопротивления (подойдет любой простой мультиметр с этой функцией). Это связано с тем, что сопротивление проводов между двумя концами обычно очень мало (менее 100 Ом).
Тестер
имеет два вывода, подключенных к небольшой батарее, и когда вы соединяете провода вместе, чтобы замкнуть цепь, измеритель должен зарегистрировать нулевое сопротивление, или, если у вас есть специальный тестер непрерывности, должен загореться индикатор. Если вы используете цифровой мультиметр, устройство также может издать звуковой сигнал.
Непрерывность защитных проводов, включая основное и дополнительное уравнивание потенциалов. Каждый защитный проводник, включая защитные проводники цепи, заземляющий провод, основной и дополнительный заземляющие проводники, должен быть испытан, чтобы убедиться, что все заземляющие проводники подключены к заземлению источника питания.Испытания проводятся между главной клеммой заземления (это может быть шина заземления в потребительском блоке, где нет распределительного щита) и концами каждого заземляющего проводника.
Как выполнить тестирование непрерывности?
Измерение непрерывности электрического устройства :
Этот метод используется для проверки целостности цепи. Это простой и надежный способ определить, есть ли в выключателе или розетке внутреннее повреждение. Если вы используете мультиметр, установите для него функцию «Непрерывность» или выберите настройку сопротивления среднего диапазона в Ом.
Шаг 1 : Выключите прерыватель цепи
При проверке целостности питание должно быть отключено. Убедитесь, что нет электричества, с помощью бесконтактного тестера цепей.
Шаг 2 : Проверить тестер
Проверьте тестер, соединив провода и убедившись, что устройство загорается, издает звуковой сигнал или регистрирует сопротивление 0 Ом.
Шаг 3 : Относительный провод к клемме
Коснитесь одним проводом одной из горячих клемм устройства, обозначенной латунным винтом.
Шаг 4 : Коснитесь другого вывода к клемме
Подключите другой провод к любой другой клемме, кроме зеленой клеммы заземления. Если тестер загорается, издает звуковой сигнал или показывает нулевое сопротивление, это означает, что электричество может свободно течь между этими клеммами, и в большинстве случаев это означает, что устройство в порядке. Если устройство представляет собой выключатель, тестер должен выключаться и включаться, когда вы щелкаете выключателем.
Вы можете использовать эту технику для проверки выключателей, термостатов и предохранителей прибора.Убедитесь, что питание выключено, затем прикоснитесь проводами к клеммам рассматриваемого устройства.
Непрерывность защитных проводов цепи (CPC )
Испытание проводится следующим образом:
Временно подключите линейный провод к CPC в модуле потребителя.
Тест между линией и CPC в каждой точке подключения, например, потолочная розетка, выключатель или розетка. Показания, полученные на каждой дополнительной точке, должны иметь низкое значение сопротивления.Сопротивление, измеренное на конце цепи, представляет собой сумму сопротивлений линейного проводника и защитного проводника (R1 + R2).
Когда мы говорим о тестировании непрерывности в рамках процедуры проверки и тестирования, мы применяем тот же принцип, но с немного более подробной информацией .
Шаг 1: Выберите тестируемую цепь в распределительном щите и снимите линейный провод с MCB
Step 2 : Подключите линейный провод к заземляющему проводу (для простоты подключите его к одной из запасных клемм на шине заземления).Таким образом, вы сформируете цепь, которая наполовину состоит из линейного проводника, а наполовину — из заземляющего проводника (при условии, что выводы в электрических аксессуарах, таких как настенные розетки, правильные).
Шаг 3 : Выберите правильную функцию тестирования на испытательном оборудовании, которая представляет собой функцию омметра с низкими показаниями (Megger 1553).
Шаг 4 : . Не забудьте обнулить измерительный прибор, если это необходимо (вы можете сделать это, соединив два измерительных провода вместе и нажав кнопку TEST, пока измеренное значение на дисплее не станет равным нулю Ом)
Шаг 5 : Измерьте расстояние между клеммами линии и заземлением на каждой розетке в цепи.Наивысшее показание должно быть записано в Таблице результатов испытаний как значение (R1 + R2).
Step 6 : . Верните линейный провод обратно в MCB
Обзор тестирования непрерывности
Непрерывность — это наличие полного пути прохождения тока. Цепь замыкается, когда ее переключатель замкнут.
Режим проверки целостности цифрового мультиметра можно использовать для проверки переключателей, предохранителей, электрических соединений, проводов и других компонентов.Например, хороший предохранитель должен иметь обрыв.
Цифровой мультиметр издает звуковой сигнал (звуковой сигнал), когда обнаруживает полный путь.
Звуковой сигнал, звуковой индикатор, позволяет техническим специалистам сосредоточиться на процедурах тестирования, не глядя на дисплей мультиметра.
При проверке целостности мультиметр подает звуковой сигнал в зависимости от сопротивления проверяемого компонента. Это сопротивление определяется настройкой диапазона мультиметра. Примеры:
Если диапазон установлен на 400.0 Ом, мультиметр обычно издает звуковой сигнал, если компонент имеет сопротивление 40 Ом или меньше.
Если диапазон установлен на 4.000 кОм, мультиметр обычно издает звуковой сигнал, если компонент имеет сопротивление 200 Ом или меньше.
Настройку самого низкого диапазона следует использовать при тестировании компонентов схемы, которые должны иметь низкое сопротивление, таких как электрические соединения или контакты переключателя.
Важно помнить
Не забывайте, что в цепях освещения промежуточный выключатель должен быть переключен во все доступные положения, чтобы все проводники можно было проверить на целостность.
Не забудьте подключить диммер к другой цепи освещения, иначе вы получите неверные результаты тестирования.
Помните, что, выполнив эти действия, вы также подтвердите правильную полярность проводов, поэтому нет необходимости повторно выполнять проверку полярности.
Не забывайте постоянно проверять установку на предмет неисправностей и признаков повреждений.
Мультиметры и омметры обычно используются для проверки целостности цепи. Также доступны специализированные тестеры непрерывности, которые являются более простыми по своей природе, недорогими и имеют лампочку, которая светится при протекании тока.Проверка непрерывности выполняется в электрической цепи, когда она не запитана, и с помощью испытательного устройства.
Можно ли проверить электрическую цепь, пропускающую ток, с помощью проверки целостности мультиметра? Будет ли это значимым или вредным? Почему?
Проверка целостности цепи похожа на упрощенное измерение сопротивления / Ом. Основной метод — подать напряжение на резистор и измерить ток ИЛИ подать ток и измерить напряжение. Тогда через R = V / I вы можете рассчитать сопротивление.
Представьте, что вы подали 100 В постоянного тока, но ваш измеритель может обрабатывать только 10 В в режиме проверки целостности цепи. Такой тест совершенно бессмыслен и потенциально может повредить глюкометр. Если вы хотите проверить целостность цепи или сопротивление, отключите все источники питания и разрядите все накопленные источники энергии.
Измеритель подает тестовое напряжение (обычно низкое). Если вы подключаете его к чему-то, на что уже подано питание, вы соединяете два источника вместе, и измеритель не предназначен для работы с внешними источниками в режиме непрерывности или сопротивления (или емкости, или индуктивности, или любого другого пассивного)..
R Правила подачи напряжения через выводы мультиметра
Существует риск повреждения некоторых частей, особенно частей, которые не выдерживают напряжения от 1 до 9 вольт, которое мультиметр может подавать на щупы в режиме непрерывности.
Вышесказанное особенно верно, когда компонент (или другие компоненты на подключенных трассах, которые также будут затронуты) не находится под напряжением. Многие части могут выдерживать напряжение при включении, но не в противном случае.
Чтобы минимизировать напряжение, можно использовать мультиметр в режиме сопротивления при минимальном значении сопротивления — шкалы более высоких сопротивлений работают при более высоком напряжении зонда при быстрой проверке с помощью пары мультиметров на моем столе.
Обратите внимание, что в базовых мультиметрах часто сочетаются режимы проверки целостности цепи и проверки диодов, поэтому минимального напряжения достаточно для прямого смещения кремниевых диодов и, возможно, светодиодов. Это означает напряжение от 2 до 3 вольт.
Преимущества тестирования непрерывности
Возврат этих инвестиций является долгосрочным и экономит время.
Тесты можно проводить круглосуточно и без выходных.
Требуется меньше человеческих ресурсов.
Возможность повторного использования: сценарии можно использовать повторно. Вам не нужны все время новые скрипты.
Надежность: это более надежный и быстрый способ выполнения скучных повторяющихся стандартизированных тестов, которые нельзя пропустить.
No related posts.

ТЕЛО ВЛИЯНИЕ	МУЖЧИНЫ / ЖЕНЩИНЫ	ПРЯМОЙ ТОК (ПОСТОЯННЫЙ ТОК)	60 Гц	100 кГц
Легкое ощущение под рукой	Мужчины	1,0 мА	0,4 мА	7 мА
	Женщины	0,6 мА	0,3 мА	5 мА

Порог боли	Мужчины	5.2 мА	1,1 мА	12 мА
	Женщины	3,5 мА	0,7 мА	8 мА

Болезненный, но произвольный контроль мышц сохраняется	Мужчины	62 мА	9 мА	55 мА
	Женщины	41 мА	6 мА	37 мА

Болезненно, провода не отпускаются	Мужчины	76 мА	16 мА	75 мА
	Женщины	60 мА	15 мА	63 мА

Сильная боль, затрудненное дыхание	Мужчины	90 мА	23 мА	94 мА
	Женщины	60 мА	15 мА	63 мА

Возможна фибрилляция сердца через 3 секунды	Мужчины и женщины		500 мА	100 мА

Ситуация	Сухой	мокрый
Проволока касалась пальцем	40 000 Ом — 1 000 000 Ом	4000 Ом — 15000 Ом
Проволока в руке	15 000 Ом — 50 000 Ом	3000 Ом — 5000 Ом
Ручные плоскогубцы	5000 Ом — 10 000 Ом	1000 Ом — 3000 Ом
Контакт ладонью	3000 Ом — 8000 Ом	1000 Ом — 2000 Ом
1.5-дюймовая металлическая труба с захватом одной рукой	1000 Ом — 3000 Ом	500 Ом — 1500 Ом
Металлическая труба 1,5 дюйма, удерживаемая двумя руками	500 Ом — 1500 кОм	250 Ом — 750 Ом
Ручное погружение в проводящую жидкость		200 Ом — 500 Ом
Нога погружена в проводящую жидкость		100 Ом — 300 Ом