Tasavirran sähköpiirit: perusteoria, lähteet ja esimerkkejä ongelmista
Tasavirtasähkö: Määritelmä ja lähteet sekä täydelliset esimerkit ongelmista
Sähkö tulee sanasta elektroni joka tarkoittaa keltainen. Jos meripihkaa hierotaan silkkikankaalla, kivi pystyy houkuttelemaan kevyitä esineitä, kuten paperinpaloja. Tästä sanotaan, että keltainen sähköisesti ladattu.
Lataus on kaikkien aineosien perusominaisuus. Aine koostuu protonit, neutronit
ja elektroni. Elektroneilla on negatiivinen varaus ja protoneilla positiivinen varaus. Sähkövarauksen suuruus (merkitty Q: lla), joka esineellä on, osoittaa yksinkertaisesti kuinka paljon vähemmän tai enemmän negatiivisten varausten määrä verrattuna positiivisten varausten määrään.
Määritelmä tasasähköstä
Tasavirta (DC) on elektronien virtaus suuren potentiaalienergian pisteestä toiseen pienemmän potentiaalienergian pisteeseen.
Tasavirtaa pidettiin aiemmin positiivisena virtana, joka virtaa sähkövirtalähteen positiivisesta päästä negatiiviseen päähän. Tuoreemmat havainnot ovat havainneet, että tasavirta on itse asiassa negatiivinen virta (elektronit), joka virtaa negatiivisesta napasta positiiviseen napaan. Tämä elektronivirta aiheuttaa positiivisesti varautuneita reikiä, jotka "näyttävät" virtaavan positiivisesta napasta negatiiviseen napaan.
Esimerkki tasasähköenergian käytöstä on ensimmäisen (Thomas Alfa Edisonin 1800-luvun lopulla tekemän) kaupallisen sähkön jakelu tasavirralla. Maailman ensimmäinen kaupallinen generaattori käyttää myös tasavirtaa.
Vuonna 1883 Nicola Tesla sai patentin keksinnöstään, monivaiheisesta vaihtovirrasta. Toukokuussa 1883 hän piti klassisen luennon American Institute of Electrical Engineers: “Uusi vaihtovirtamoottorien ja muuntajien järjestelmä”.
Koska vaihtovirta-sähköä on helpompi käyttää kuin tasavirta-sähköä siirtoon (kanavointi) ja sähkön jakelu, nykyään melkein kaikki sähkönsiirrot käyttävät vaihtovirtaa.
Ensimmäistä kertaa vaihtovirta käynnistettiin, mutta tasavirtaa käytettiin edelleen. Itse asiassa jotkut eivät halua hyväksyä vaihtovirtaa.
Nykyisen elektronisen tekniikan kehittyessä tasavirtaa (DC) voidaan tuottaa muuttamalla Vaihtovirrasta (AC) tulee tasavirta (DC) käyttämällä laitetta, jota kutsutaan virtalähteeksi tai Sovitin.
Virtalähteen piirin perustana on diodikomponentti, joka voi toimia a tasasuuntaajan, mikä tarkoittaa, että se voi muuntaa ja tasata vaihtovirran tasavirraksi (DC).
Sähköiset oireet
lakim Coulomb
Sähkövarauksen määritelmä osoittaa, että varaus ei leviä tietyllä alueella, vaan kerää yhteen pisteeseen. Vuoden aikana 1785 Charles Coulomb teki ensimmäisen tutkimuksen kahden varautuneen objektin tuottamasta voimasta nimeltään työkalulla coulomb vääntö tasapaino.
Näiden kokeiden tuloksista Coulomb totesi:
Besarnya Kahden sähköisesti varautuneen pisteobjektin välinen vuorovaikutusvoima on suoraan verrannollinen kunkin latauksen tulo ja kääntäen verrannollinen kahden pistemäärän välisen etäisyyden neliöön että.
Voidaan päätellä, että varaukselle + Q ja + q on kulma, siinä tilassa on sähkökenttä. -Q-varaukselle ja + q-testilataukselle tulee kulmakehävoima, joka houkuttelee toisiaan kahden latauksen välillä.
lakim Faraday
Sähkökentän suunta useissa pisteissä voidaan kuvata graafisesti voimalinjoilla (kuvitteellisilla). Tämän peruskonseptin esitti Michael Faraday, joka kuuluu:
Sebuah sähkökentän voimajohdot ovat a
garis on kuvattu voima, kun tangentti kussakin kohdassa osoittaa sähkökentän suunnan kyseisessä pisteessä.
Voimalinjat menevät ulos positiivisesta latauksesta ja kohti negatiivista varausta. Voimalinjojen suunnan osoittamiseksi voidaan suorittaa seuraavat kokeet:
Sähkökentän voimakkuus avaruuspisteessä on verrannollinen voimajohtojen määrään pinta-alayksikköä kohden kohtisuorassa sähkökenttään siinä kohdassa. Voidaan päätellä, että sähkökentän voimakkuus tuntuu vahvalta, jos kahden varauksen välinen etäisyys on lähellä toisiaan, jolloin tuloksena olevat voimajohdot ovat hyvin tiukat. Toisaalta, jos nämä kaksi varausta ovat kaukana toisistaan, sähkökenttä on heikko.
Käyttö sähköinen potentiaali voidaan linkittää
sähkökentän käsitteet, sähköpiirien perusteet sekä sähkölaitteisiin liittyvät käytännön ongelmat. Selittää
määritelmä ja ominaisuudet kahdelle pisteelle, joilla on erilaiset potentiaalit ja jotka sijaitsevat sähkökentässä potentiaalierona näiden kahden pisteen välillä.
Kahden pisteen välinen potentiaalinen ero on latausyksikköä kohden tehty työ, jos varausta siirretään. SI-yksiköissä sähköpotentiaalieron yksikkö on Volt (lyhennetty V), jossa 1 voltti =
1 joule / coulomb. Sähköpotentiaali voidaan määritellä sähköenergian ja pistemäärän suhteena.
Hukum Oersted
Jos sähkövaraus virtaa johtavan johdon läpi, magneettinen vaikutus syntyy virtaa johtavan johdon ympärille. Tämä magneettinen vaikutus pystyy houkuttelemaan muita magneettisia materiaaleja. Jos rauta viilat sijoitetaan virtaa johtavan johdon ympärille, rauta viilat ovat säännöllisessä suunnassa.
Hans Christian Oersted, vuonna 1820, tutkia
magneettikentän vaikutuksesta nykyisen johdon ympärillä. Oersted-kokeen järjestely on järjestetty alla esitetyllä tavalla.
Nykyinen johto saa kompassin neulan liikkumaan. Voidaan tehdä johtopäätös, että johtavassa johtimessa, jonka läpi sähkövirta kulkee sen ympärillä, syntyy magneettinen voimajohto.
Aivan kuten maapallolla on magneettikenttä, kompassineulan ominaisuudet ovat hyvin tunnettuja.
Pysyvän magneettikentän tai virtaa johtavan johdon ympärillä on magneettikentän alue. Magneettikentän vektori on merkitty B: llä tai sitä kutsutaan magneettikentän induktio. SI: ssä magneettisen induktion B yksikkö on Tesla.
Tasavirran sähköpiiri
Hukum Ohm
Jos johtojen päässä oleva potentiaaliero voidaan pitää vakiona, se aiheuttaa sähkövarauksen virtauksen tai ns. Sähkövirran virtauksen. Sähkövirran (I) määritelmä on johtimessa virtaava sähkövaraus (Q) yksikköä kohti
aika (t). Joten 1 ampeeri on yhtä suuri kuin 1 coulomb sekunnissa.
Jos virtaava varausvirta ei ole vakio ajan suhteen,
Sitten hetkellinen virta voidaan laskea seuraavasti:
Kirchoffin laki
Lakisovellusta käytetään vain yksinkertaisten piirien analysointiin. Analysoimaan monimutkainen piiri voidaan käyttää Kirchhoffin virtalaki (Kirchoffin nykyinen laki, lyhennettynä KCL) ja Kirchoffin jännitelaki, lyhennetty KVL)
Kirchoffin ensimmäinen laki on Kirchhoffin virtauslaki (KCL).
Jumlah algebrallisesti risteyspisteeseen johtava kokonaisvirta on nolla. Haaroituspiste on kolmen tai useamman virran kohtaamispiste piirielementille tai jännitelähteelle tai takaisin.
Tässä laissa käytetään sopimusta, jonka kanssa haarautumispisteeseen johtava virta kirjoitetaan positiivinen merkki ja jatkuva virta (haaroituspisteen jättäminen kirjoitetaan a. -merkillä) negatiivinen.
I1 + I2 + I4 = I3, tai
I1 + I2 - I3 + I4 = 0
Kuva 9 selittää KCL: n merkityksen, jossa kunkin vastuksen läpi kulkevan sähkövirran arvo voidaan määrittää. Saatu käsitys on, että haarautumispisteessä virtaavan virran kokonaisarvo on nolla.
Kirchoffin toinen laki, Kirchhoffin jännitelaki (KVL)
Jumlah algebrallinen kokonaisjännitehäviö (jännitehäviöt) a: ssa suljettu piiri (silmukka) joka luetaan yhdessä tietyssä suunnassa, on nolla.
Lain jännitehäviöllä tarkoitetaan yhtä tiettyä suuntaa seuraavasti:
a. Vankielementille
Jos jännite luetaan välillä + - - samalla lukusuunnalla kuin virtaava I, silloin V = RI on jännitteen pudotus. Ymmärrä se asettamalla positiivinen merkki (+) V: lle ja positiivinen merkki (+) RI: lle. Sillä välin, jos jännitteen lukema on päinvastainen nykyiseen suuntaan,
laita merkki (-) V tai (-) RI.
b. Jännitelähteelle
Jos lukusuunta on a: sta b: hen, se on jännitteenalennin, aseta positiivinen merkki V: lle. Tai toisin sanoen, kun seuraat jännitelähteen lukemissuuntaa +, kirjoita V positiivinen. Vastaavasti, jos lukema on jännitelähteestä, V kirjoitetaan negatiivisella merkillä.
Yleensä sähköpiiri koostuu useista silmukoista ja haaroituspisteistä, joissa käytetään yhtä tai useampaa jännitelähdettä. Jos jännitelähteen arvo on tiedossa, analysoitava määrä on jokaisen nykyinen arvo johtimet, jotka tulevat haaroituskohtaan tai poistuvat siitä tai jännitteen arvo piirin jokaisessa vastuksessa. Määrän analysointiin käytettyjen yhtälöiden lukumäärää ei voida tietää, ja sen on oltava yhtä suuri kuin niiden määrien lukumäärä, joille hinta tiedetään.
Huomautuksia:
- Esitettävien KCL-yhtälöiden määrä on yhtä suuri kuin olemassa olevien haarautumispisteiden määrä miinus.
- KVL-yhtälöiden määrä on yhtä suuri kuin riippumaton silmukka. Silmukan sanotaan olevan riippumaton, jos sitä ei voida kääntää toisen silmukan KVL-yhtälöstä.
Yllä olevien huomautusten lisäksi ratkaisu, joka käyttää sarjaan tai rinnakkain järjestettyjen piiriosien yksinkertaistamisjärjestelmää, on erittäin hyödyllinen.
Tasavirran lähde
Kaikkia sähkölähteitä, jotka voivat tuottaa vakion sähkövirran tiettyyn aikaan ja suuntaan nähden, kutsutaan tasavirran lähteiksi. Tasavirran virtalähteet on jaettu neljään tyyppiin.
1. Sähkökemiallinen elementti
Sähkökemialliset elementit ovat kemiallisista prosesseista peräisin olevia tasavirtalähteitä. Tämä elementti muuntaa kemiallisen energian sähköenergiaksi. Sähkökemialliset elementit voidaan erottaa niiden keston perusteella seuraavasti.
a. Ensisijainen elementti
Ensisijainen elementti on tasavirta, joka edellyttää materiaalien vaihtamista käytön jälkeen. Esimerkkejä pääelementeistä seuraavasti:
- Voltaic-elementti on eräänlainen muinainen akku, jonka Alesandro Volta on keksinyt. Voltaic-elementtiä käytetään edelleen tänään. Vaikka lomaketta on muutettu. Voltaattielementti koostuu kahdesta erilaisten metallien elektrodista, jotka upotetaan happamaan neste- tai suolaliuokseen. Muinaisina aikoina happo tai suolaneste oli kankaan muodossa, joka oli kastettu suola / happoliuokseen.
- Daniel-elementin löytäjä on John Frederic Daniell. Daniell-elementti on elementti, jonka sähkömoottorivoima on melko pitkä depolarisaattorin läsnäolon vuoksi. Depolarisaattori on aine, joka voi estää vetykaasun polarisaation. Tämän elementin depolarisaattori on kupariliuos (sulfaatti).
- Leclanche-elementtejä on kahta tyyppiä, nimittäin kuiva ja märkä, jotka koostuvat kahdesta lasiastiasta, jotka sisältävät:
- hiilitanko positiivisena napana (anodi)
- sinkkitanko negatiivisena napana (katodi)
- Kawi-kivi depolarisaattorina
- Ammoniumkloridiliuos elektrolyyttinä
- Kuiva elementti on sähkövirta, joka on valmistettu kertakäyttöisistä (kertakäyttöisistä) kuivista materiaaleista. Tämä elementti on ensisijainen elementti. Esimerkkejä kuivista elementeistä ovat paristot ja hopeaoksidiakut (kellojen paristot). Hiilitankoja käytetään positiiviseen napaan ja negatiiviseen napaan sinkkilevyä.
b. Toissijainen elementti
Toissijaiset elementit ovat sähkövirtalähteitä, jotka eivät vaadi reagenssien (elementtien) vaihtamista virtalähteen loppuessa. Tätä lähdettä voidaan käyttää uudelleen virran saamisen (lataamisen tai sähköiskun) jälkeen.
Esimerkki toissijaisesta elementistä on akku (paristo). Akku on virtalähde, joka voi tuottaa tasavirtaa (DC). Akun toimintaperiaate perustuu kemialliseen prosessiin.
Yksinkertaisesti sanottuna akun toimintaperiaate voidaan selittää seuraavasti.
- KäyttöKun akkua käytetään, energia vapautuu akusta lamppuun. Tässä tapauksessa sähkövirta kulkee positiivisesta napasta negatiiviseen napalevyyn. Kun akkua on käytetty jonkin aikaa, negatiiviset ja positiiviset napalevyt päällystetään sulfaatilla. Tämä saa potentiaalieron kahden navan välille olemaan sama ja napojen neutraali.
- LatausKun molemmat navat ja navat eivät virtaa, meidän on sähköiskutettava akku, jotta sitä voidaan käyttää uudelleen. Kun akku on sähköiskussa, virran suunta on päinvastainen, kun sitä käytetään, nimittäin negatiivisesta positiiviseen napaan.
Esimerkki muut, kuten matkapuhelimissa (Hp), kannettavissa tietokoneissa, kameroissa, hätävaloissa jne. käytettävät akut.
2. Tasavirta generaattori
Tasavirta-generaattori on laite, jota käytetään muuttamaan liike (mekaaninen) energia tasavirralla sähköenergiaksi. DC-generaattorit on jaettu useisiin tyyppeihin magneettikäämipiirin tai sen viritysvahvistimen perusteella ankkuria vasten.
- Erillinen tehostingeneraattori
- shuntigeneraattori
- Yhdiste generaattori
DC-generaattori koostuu kahdesta osasta, ensimmäinen on staattori, joka on DC-koneen kiinteä osa, ja toinen, roottori, joka on DC-koneen pyörivä osa. Staattorin osa koostuu: moottorin rungosta, staattorin käämityksestä, hiiliharjasta, laakerista ja liitäntäkotelosta.
Vaikka roottori koostuu: kommutaattorista, roottorin käämityksestä, roottorin tuulettimesta ja roottorin akselista.
Tämän generaattorin toimintaperiaate on sähkömagneettinen induktio (langan kelassa esiintyvät magneettikentän muutokset niin, että tapahtuu sähkövirta).
Indusoidun jännitteen tuottaminen generaattorilla saadaan kahdella tavalla:
- tuottamalla vaihtelevan indusoidun jännitteen vetorenkaan avulla.
- generoi DC-jännite kommutaattorilla.
3. Lämpöelementti
Lämpöelementti on prosessin tasavirta, joka tapahtuu lämpötilaerojen vuoksi. Lämpöelementit muuttavat lämpöenergian sähköenergiaksi. Tämän tapahtuman ehdotti Thomas John Seebach vuonna 1826.
Tämän tapahtuman tuottamaa virtaa kutsutaan lämpöelementiksi. Mitä suurempi lämpötilaero A: n ja B: n välillä on, sitä suurempi virta kulkee. Koska syntyvä virta on kuitenkin suhteellisen pieni, lämpöelementtiä ei voida käyttää jokapäiväisessä elämässä.
4. Aurinkokennot
Aurinkokenno tai aurinkokenno on puolijohdelaite, joka koostuu suuresta alueesta p-n-liitosdiodi, joka auringonvalon läsnä ollessa pystyy luomaan sitä sähköenergiaa hyödyllinen. Tätä muunnosta kutsutaan aurinkosähkötehoksi. Aurinkokennoihin liittyvä tutkimusalue tunnetaan nimellä aurinkosähkö.
Aurinkokennoilla on monia sovelluksia. Ne soveltuvat erityisen hyvin käytettäväksi silloin, kun sähkövirtaa verkosta ei ole saatavana, kuten syrjäisillä alueilla, kiertävillä satelliiteilla, kädessä pidettävillä laskimilla, vesipumpuilla jne. Aurinkokennot (moduulien tai aurinkopaneelien muodossa) voidaan asentaa rakennuksen katolle, jossa ne on kytketty invertterillä sähköverkkoon verkkomittausjärjestelyssä. Toimintaperiaate on seuraava.
Jos alumiinifoliolevy altistuu auringonvalolle, alumiinilevy on kuuma ja siirtyy piilevylle. Pii on puolijohde, joten korkeissa lämpötiloissa elektronit vapautuvat ja tarttuvat alumiinikalvoon ja positiiviset varaukset kiinnittyvät rautakalvoon. Jos kaksi kalvoa on kytketty ulkoisen piirin kautta, se aiheuttaa elektronivirtauksen. Tämä johtuu siitä, että kahdessa kalvossa on potentiaalinen ero. Aurinkokennojen tuottama potentiaali on hyvin pieni, joten se vaatii paljon soluja. Aurinkokennot ovat myös liian kalliita, joten niiden käyttö rajoittuu hyvin tiettyihin työkaluihin.
Virran suuruus riippuu myös hyvin levylle tunkeutuvan valon voimakkuudesta, läsnä olevien solujen määrästä ja valolle altistuneesta poikkileikkauspinta-alasta. Esimerkkejä tavaroista, jotka ovat käyttäneet aurinkoenergiaa, ovat aurinkosähköautot ja satelliittien energialähteet.
Sähkön erot tasa- ja vaihtovirta
- Perusero tasavirran ja vaihtovirran välillä on virran suunnassa. Tasavirran suunta virtaa yhteen suuntaan, kun taas vaihtovirran suunta virtaa kahteen suuntaan.
- Tasavirta (AC) -kuvaajan muoto on suora käyrä (jännite on vakio ajan suhteen). Vaihtovirta-kuvaajan muoto on siusoidinen, mikä tarkoittaa, että jännite muuttuu ajan myötä.
- Suora sähköjännite tuottaa pienen sähköjännitteen, joten sitä voidaan käyttää vain pieniä sähköenergiaa vaativissa elektronisissa laitteissa. Vaihtojännite tuottaa suuren jännitteen, jotta sitä voidaan käyttää elektronisiin laitteisiin, jotka vaativat suurta sähköenergiaa.
- Tasavirran lähde PLN: stä. DC-lähde paristoista tai kuivaparistoista.
Esimerkki tasavirran sähköongelmasta
10 kappaletta sähkövastusta järjestetty alla olevan kuvan mukaisesti! Jokainen vastus on identtinen ja suuruus on 120.
Määritä pisteiden A ja B välinen korvausvastus (kokonaisvastus) yllä olevasta piirikaaviosta!
Keskustelu
Rinnan R2 ja R3 nimen rinnalla R23 on 60
R4: n, R5: n ja R6: n välistä rinnakkaisuutta kutsutaan R46: ksi 40
R7: n, R8: n, R9: n ja R10: n välistä rinnakkaisuutta kutsutaan nimellä R710
Sarjoissa R1, R23, R46 ja R710 saadaan RAB
RAB = 120 + 60 + 40 + 30 = 250
Niin, korvausvastus (kokonaisvastus) pisteiden A ja B välillä on 250
DAFTAR KIRJASTO
Ahmad Kusnandar et ai (2001), Sähkön ja elektroniikan peruskäsitteiden soveltaminen
SMK
Tingat I, Armico, Bandung.
Tiimi. (1987),Sähköteoria 1, PLN: n koulutus- ja koulutuskeskus (Pusdiklat), Jakarta.
Persyaratan Yleinen sähköasennus 2000 (PUIL 2000), PUIL Jakarta -säätiö.
Se on arvostelu Tasavirtasähkö: Määritelmä ja lähteet sekä täydelliset esimerkit ongelmistaToivottavasti yllä tarkasteltu on hyödyllistä lukijoille. Siinä kaikki ja kiitos.
Lue myös muita aiheeseen liittyviä artikkeleita täältä:
- Määritelmä, kaavat ja sähköenergian yksiköt sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista.
- Sähkövirran ymmärtäminen, kaavat ja yksiköt sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista.
- Sähkömoottorivoimien ymmärtäminen ja kaavat sekä täydelliset esimerkit ongelmista.
- Ymmärtäminen ja Lorentz Force -kaavat sekä täydelliset esimerkit
- Määritelmä ja painovoiman kaava sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista.
- Täydellinen määritelmä, kaavat ja esimerkkejä kitkavoimista.