Падение напряжения

Падение напряжения

На каждом сопротивлении r при прохождении тока I возникает напряжение U=I∙r, которое называется обычно падением напряжения на этом сопротивлении.

Если в электрической цепи только одно сопротивление r, все напряжение источника Uист падает на этом сопротивлении.

Если в цепи имеются два сопротивления r1 и r2, соединенные последовательно, то сумма напряжений на сопротивлениях U1=I∙r1 и U2=I∙r2 т. е. падений напряжения, равна напряжению источника: Uист=U1+U2.

Напряжение источника питания равно сумме падений напряжения в цепи (2-й закон Кирхгофа).

1. Какое падение напряжения возникает на нити лампы сопротивлением r=15 Ом при прохождении тока I=0,3 А (рис. 1)?

Падение напряжения подсчитывается по закону Ома: U=I∙r=0,3∙15=4,5 В.

Напряжение между точками 1 и 2 лампочки (см. схему) составляет 4,5 В. Лампочка светит нормально, если через нее проходит номинальный ток или если между точками 1 и 2 номинальное напряжение (номинальные ток и напряжение указываются на лампочке).

2. Две одинаковые лампочки на напряжение 2,5 В и ток 0,3 А соединены последовательно и подключены к карманной батарее с напряжением 4,5 В. Какое падение напряжения создается на зажимах отдельных лампочек (рис. 2)?

Одинаковые лампочки имеют равные сопротивления r. При последовательном включении через них проходит один и тот же ток I. Из этого следует, что на них будут одинаковые падения напряжения, сумма этих напряжений должна быть равна напряжению источника U=4,5 В. На каждую лампочку приходится напряжение 4,5:2=2,25 В.

Можно решить эту задачу и последовательным расчетом. Сопротивление лампочки рассчитываем по данным: rл=2,5/0,3=8,33 Ом.

Ток в цепи I = U/(2rл )=4,5/16,66=0,27 А.

Падение напряжения на лампочке U=Irл=0,27∙8,33=2,25 В.

3. Напряжение между рельсом и контактным проводом трамвайной линии равно 500 В. Для освещения используются четыре одинаковые лампы, соединенные последовательно. На какое напряжение должна быть выбрана каждая лампа (рис. 3)?

Одинаковые лампы имеют равные сопротивления, через которые проходит один и тот же ток. Падения напряжения на лампах будут тоже одинаковыми. Значит, на каждую лампу будет приходиться 500_4=125 В.

4. Две лампы мощностью 40 и 60 Вт с номинальным напряжением 220 В соединены последовательно и включены в сеть с напряжением 220 В. Какое падение напряжения возникает на каждой из них (рис. 4)?

Первая лампа имеет сопротивление r1=1210 Ом, а вторая r2=806,6 Ом (в нагретом состоянии). Ток, проходящий через лампы, I=U/(r1+r2 )=220/2016,6=0,109 А.

Падение напряжения на первой лампе U1=I∙r1=0,109∙1210=132 В.

Падение напряжения на второй лампе U2=I∙r2=0,109∙806,6=88 В.

На лампе с большим сопротивлением большее падение напряжения, и наоборот. Накал нитей обеих ламп очень слаб, однако у лампы 40 Вт он несколько сильнее, чем у лампы 60 Вт.

5. Чтобы напряжение на электродвигателе Д (рис. 5) было равно 220 В, напряжение в начале длинной линии (на электростанции) должно быть больше 220 В на величину падения (потери) напряжения на линии. Чем больше сопротивление линии и ток в ней, тем больше падение напряжения на линии.

В нашем примере падение напряжения в каждом проводе линии равно 5 В. Тогда напряжение на шинах электростанции должно быть равно 230 В.

6. От аккумулятора напряжением 80 В потребитель питается током 30 А. Для нормальной работы потребителя допустимо 3% падения напряжения в проводах из алюминия с сечением 16 мм2. Каким может быть максимальное расстояние от аккумулятора до потребителя?

Допустимое падение напряжения в линии U=3/100∙80=2,4 В.

Сопротивление проводов ограничивается допустимым падением напряжения rпр=U/I=2,4/30=0,08 Ом.

По формуле для определения сопротивления подсчитаем длину проводов: r=ρ∙l/S, откуда l=(r∙S)/ρ=(0,08∙16)/0,029=44,1 м.

Если потребитель будет отдален от аккумулятора на 22 м, то напряжение на нем будет меньше 80 В на 3%, т.е. равным 77,6 В.

7. Телеграфная линия длиной 20 км выполнена из стального провода диаметром 3,5 мм. Обратная линия заменена заземлением через металлические шины. Переходное сопротивление между шиной и землей rз=50 Ом. Каким должно быть напряжение батареи в начале линии, если сопротивление реле на конце линии rр=300 Ом, а ток реле I=5 мА?

Схема включения показана на рис. 6. При нажатии телеграфного ключа в месте посылки сигнала реле в месте приема на конце линии притягивает якорь К, который в свою очередь включает своим контактом катушку записывающего аппарата. Напряжение источника должно компенсировать падение напряжения в линии, принимающем реле и переходных сопротивлениях заземляющих шин: U=I∙rл+I∙rр+I∙2∙rз; U=I∙(rл+rр+2∙rз).

Напряжение источника равно произведению тока на общее сопротивление цепи.

Сопротивление линии rл=ρ∙l/S=0,11∙20000/9,6=229,2 Ом.

Результирующее сопротивление r=229,2+300+2∙50=629,2 Ом.

Напряжение источника U=I∙r=0,005∙629,2=3,146 В; U≈3,2 В.

Падение напряжения в линии при прохождении тока I=0,005 А будет: Uл=I∙rл=0,005∙229,2=1,146 В.

Сравнительно малое падение напряжения в линии достигается благодаря малой величине тока (5 мА). Поэтому в месте приема должно быть чувствительное реле (усилитель), которое включается от слабого импульса 5 мА и своим контактом включает другое, более мощное реле.

8. Как велико напряжение на лампах в схеме на рис. 28, когда: а) двигатель не включен; б) двигатель запускается; в) двигатель в работе.

Двигатель и 20 ламп включены в сеть с напряжением 110 В. Лампы рассчитаны на напряжение 110 В и мощность 40 Вт. Пусковой ток двигателя Iп=50 А, а его номинальный ток Iн=30 А.

Подводящий медный провод имеет сечение 16 мм2 и длину 40 м.

Из рис. 7 и условия задачи видно, что ток двигателя и ламп вызывает в линии падение напряжения, поэтому напряжение на нагрузке будет меньше 110 В.

Отсюда напряжение на лампах Uламп=U-2∙Uл.

Надо определить падение напряжения в линии при различных токах: Uл=I∙rл.

Сопротивление всей линии

Ток, проходящий через все лампы,

Падение напряжения в линии, когда включены только лампы (без двигателя),

Напряжение на лампах в этом случае равно:

При пуске двигателя лампы будут светить слабее, так как падение напряжения в линии больше:

Минимальное напряжение на лампах при пуске двигателя будет:

Когда двигатель работает, падение напряжения в линии меньше, чем при пуске двигателя, но больше, чем при выключенном двигателе:

Напряжение на лампах при нормальной работе двигателя равно:

Даже небольшое снижение напряжения на лампах относительно номинального сильно влияет на яркость освещения.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Как расчитать ток в лампочке

Сегодня предлагаем поговорить об определении мощности светодиодного светильника. Мощность – это скорость преобразования электрической энергии. Измеряется величина в ваттах, обозначающих работу, произведённую за 1 секунду. Получается, потребляемая мощность светодиодного светильника влияет на его яркость. Однако не все так просто. Производители современных приборов стараются повысить световую отдачу каждого потреблённого ватта, причём успешно. К примеру, уровень света источника номиналом 8 ватт, выпущенного в этом году идентичен прибору номиналом 10 ватт, изготовленному еще год назад. На этом производители не собираются останавливаться. Развитие энергоэффективности светодиодных ламп, в том числе приборов большой мощности, будет продолжаться.

Выбирая подходящее изделие вместо люминесцентного прибора либо лампы накаливания, учитывают все базовые характеристики товара. Ведь у двух, казалось бы, одинаковых световых источников могут отличаться коэффициент цветопередачи, световой поток, типы и параметры цоколей, цветовая температура. Соответственно, по-разному будет восприниматься уровень освещения. Помимо того различается и угол рассеивания. Итак, разберемся, как определить мощность светодиода, а также попробуем выбрать нужное изделие.

Расчет мощности светодиодных ламп

На реализацию приборы поступают упакованными в коробки, с размещённой на ней необходимой информацией. Следует посмотреть количественную характеристику изделия, индекс цветопередачи, показатель яркости. Вот тут некоторые потребители сомневаются, как узнать мощность светодиода, если раньше пользовались только лампами накаливания.

Чтобы правильно заменить устаревший тип освещения, отличным помощником для правильного выбора послужит приведённая ниже сравнительная таблица соответствия мощности светодиодных ламп и ламп накаливания:

лампы накаливания, Вт

светодиодной лампы, Вт

Глядя на нее гораздо проще сделать выбор. Соответственно световому потоку, равному 1200 Люмен лампочке накаливания номиналом 100Вт соответствует светодиод в 12-15Вт. Что мы можем увидеть при сравнении в приведенном выше списке светодиодных ламп и привычных для обычного покупателя ламп накаливания? Последние изделия намного экономичнее, примерно в 8 раз. А это, согласитесь, весомая разница. Причём яркость двух световых источников одинаковая.

Светодиодные светильники: характеристика мощности, иных показателей

Энергосберегающий светодиод имеет ряд других важных преимуществ, помимо меньшей мощности потребления. Чтобы детальнее с ними разобраться, возьмём, к примеру, светодиодную лампочку в 9Вт (что соответствует обычной в 60 Вт) и сравним их базовые параметры. Основными из них являются:

• Сила тока: 0,072 А и 0,27 А соответственно.
• Световой поток (яркость): 454,2 Лм и 612 Лм.
• Эффективность светоотдачи: 53,4 Лм/Вт и 10,3 Лм/Вт.
• Рабочая температура: 70 градусов по Цельсию и 180 градусов по Цельсию.
• Цветовая температура: 2700-6000 К и 2800 К соответственно.
• Срок эксплуатации: 30 000 часов и 1 000 часов.

Освещение в такое количество ватт подойдёт, например, для гостиной комнаты. Здесь не нужны приборы высокой мощности, достаточно одного светодиодного источника вместо нескольких ламп накаливания. Исходя из предложенных выше характеристик, очевидно преимущество энергосберегающего светильника 9ВТ над обычным в 60Вт. Значительная экономия электрической энергии, яркое белое освещение, длительный срок эксплуатации. Не к этому ли вы стремитесь, выбирая светодиод?

Какая мощность бывает у светодиодной лампы

Для внутреннего домашнего освещения используют изделия высокой (например, 12-ваттные) или малой мощности (3-ваттные). Светодиодные лампы максимальной мощности (более 15-ти ватт) применяют в промышленных помещениях, а также уличном освещении.

Например, вы хотите поменять на кухне привычный источник света номиналом 40Вт светодиодным. Сразу возникает вопрос: как рассчитать максимальную экономию потребляемой энергии с помощью светодиода допустимой мощности? С этой целью рекомендуем воспользоваться приведённой выше таблицей. Для этого случая световой поток составляет 400 Люмен, при этом мощность равняется 4-5 Ватт. Сопоставим в нашем случае 40Вт и 4Вт. Получается экономия электрической энергии меньше практически вдесятеро!

Делая выбор и монтаж светодиодов взамен иных источников внутреннего освещения, учитывают не только то, какая должна быть потребляемая мощность, но также целесообразность покупки. Несмотря на имеющиеся недостатки (например, высокая стоимость товара), преимущества энергосберегающих приборов являются очевидными. В первую очередь, это касается максимальной экономии потребления электроэнергии, а также комфортного уровня освещения за счёт оптимальной яркости.

Сколько электричества потребляет лампочка?

Доброго времени суток дорогие друзья! Сегодня снова поговорим об экономии электричества, в прошлых статьях мы считали сколько электроэнергии потребляют бытовые приборы (пылесос, микроволновка), а сегодня мы попробуем рассчитать сколько электричества потребляют лампочки в вашем доме, и можно ли как то сэкономить на потреблении электричества лампочками.

Итак, давайте разберемся для начала какие лампочки стоят у нас в квартире, в быту чаще всего используются следующие виды:

1. Накаливания
2. Люминесцентные (энергосберегающие)
3. Светодиодные

Лампы накаливания

Давайте посчитаем сколько электроэнергии расходует обычные лампочки разной мощности, наиболее популярных в быту.

Потребляемая мощность:
Мощность 60Вт — энергопотребление составит 60 Вт или 0,06 киловатт за 1 час
Мощность 95Вт — потребляет электричества 95 Вт 0,095 киловатт за 1 час
Мощность 100Вт — израсходует 100 или 0,1 киловатт Вт электроэнергии за 1 час.

Давайте посчитаем сколько мы заплатим за использование света, если у нас к примеру 3 сотки (зал, кухня, спальня) и 3 на 60 Вт (прихожая, туалет, ванная).

Сколько электроэнергии тратим

Возьмем к примеру 3 на 100Вт горят 5 часов вечером и 1 час с утра в итоге 6 часов в день, получаем 3 штуки за час наматывают 300 Вт за 6 часов 1800Вт или 1,8 кВт.
еще 3 на 60Вт предположим что горят каждая по 1 часу в день, итого получаем в общем 3*60 Вт = 180 Вт или 0,18 кВт. Итого в день около 2 киловатт.

При использовании ламп накаливания расходы электроэнергии будут следующими:
Итого за 1 день будут равны 1,8 кВт + 0,18 кВт

2 кВт
Итого за 1 месяц намотают 2 кВт * 30 дней = 60 кВт

Сколько придется заплатить?

Возьмем стоимость за 1 киловатт = 4 руб.
Тогда за 1 час лампы 60Вт мы заплатим 0,06 * 4 р = 24 коп.
за 1 час лампы 95 или 100Вт = 0,1 * 4 р = 40 коп.

При использовании 6 лампочек 3 — 100Вт 6ч/день и 3-60Вт 1ч 180 ватт/день считаем:
Расходы за 1 день получаем 2 кВт * 4 р = 8 руб в день
за 1 месяц 60 кВт * 4 р = 240 руб. за 1 месяц

Представляем таблицу соответствия потребляемых мощностей лампочек с одинаковым световым потоком. Т.е каждый столбик таблицы это одинаковая мощность свечения. Первая строчка — мощность энергосберегающей лампы, вторая строчка мощность лампы накаливания с соответствующим световым потоком.

Из 1 го столбика мы видим что энергосберегающая лампа в 6 Ватт светит так же как лампа накаливания в 30Вт.

Следующая табличка из 2 строк показывает отношение светодиодных к лампам накаливания.

Люминесцентные лампы (энергосберегающие)

Тогда чтобы в доме оставалось так же светло как с обычными лампочками нужно поставить соответствующие им по свечению, т.е для вместо 60 ватт ставим энергосберегающую на 12Вт, вместо сотки ставим энергосберегающую на 20Вт, таким образом мы сократим энергопотребление и заплатим в 5 раз меньше.

Сколько электроэнергии тратим

Итак давайте считать сколько у нас израсходуют электричества люминесцентные лампы, для этого берем тот же пример 6 лампочек, 3 как сотки т.е 20Вт и 3 как 60 т.е 12 ватт.
Получаем:
3 лампочки, каждая по 6 часов в день, каждая лампочка расходует 20 Вт в час, тогда получаем 360Вт. + 3 лампочки по часу в день по 12 ватт/час = 36Вт.
Итого за 1 день: 360 Вт + 36 Вт = 396 Вт = 0,4 киловатта
Итого за 1 месяц: 0,4 * 30 = 12 киловатт

Сколько придется заплатить?

Итого за месяц сумма к оплате за чисто за освещение выйдет следующей:
Итого в рублях за 1 месяц: 12 кВт * 4 р = 48 руб.

Выгода очевидна, энергопотребление сокращается в 5 раз. А можно ли сэкономить еще больше на потребление электроэнергии приборами освещения?

Переходим еще более интересному и экономичному осветительному прибору.

Светодиодные

Лампы данного типа еще более экономичные и расходуют электроэнергии не в 5 раз меньше чем обычные лампочки а в 7. Т.е если мы хотим заменить 75 Ватт то светодиодная подойдет на 10 ватт, при этом свечение останется тем же.

Имея расходы за 1 месяц при использовании обычных лам получаем 240 руб/7 = 34 руб в месяц мы заплатим за осветительные приборы. А в год вместо 2880 заплатим 408 руб.

Что же выгоднее

При определении наиболее экономичного варианта рассмотрим время работы каждого типа лам и их стоимость. Обычные сразу отбрасываем так как перегорают чаще, да и потребляют больше.

А вот с энергосберегающими и светодиодными нужно разобраться.
Энергосберегающие — цена около 250 руб, срок службы 10 000 часов (4,6 лет)
Светодиодные — цена около 350 руб, срок службы 30 000 часов (14 лет при 6 часовом использовании)

За 14 лет за энергосберегающие заплатим — 576*14 = 8064 руб + 3 раза заменить лампочки
За 14 лет светодиодных — 408*14 = 5712 руб.

При расчетах мы брали средние показатели, но кто-то имеет большие производственные площади с освещением в которых только замена лампочек поможет сохранить в кошельке приличные суммы денег.

Как подключить электрическую лампочку на другое напряжение

Есть несколько способов, как запитать электрическую лампочку с маленьким напряжением от электрической цепи с большим напряжением. В статье рассмотрены варианты подключения лампочки на другое напряжение с помощью подбора дополнительного сопротивления из высокоомного провода и с использованием последовательно включенных в «прямом направлении» диодов.

Допустим нам необходимо электрическую лампочку, рассчитанную на 6 вольт и током равным 0,5 ампера включить от аккумуляторной батареи на 12 вольт. Самая простая из схем включения состоит из, включенных последовательно, электрической лампочки, дополнительного сопротивления Rдоп и источника напряжения Uа, аккумулятора.

Нужно подобрать дополнительное сопротивление таким образом, чтобы на лампочке при токе в цепи I = 0,5 ампера «падало» напряжение 6 вольт. Сопротивление выполняется из какого либо высокоомного провода: нихрома, константана и др.

Можно рассчитать величину сопротивления Rдоп исходя из удельного сопротивления высокоомного провода по формулам из закона Ома. Но тут есть одно, НО! Для этого нужно знать, что провод изготовлен именно из нихрома или другого материала и имеет нужные параметры. На взгляд этого не определишь. И провод такой обычно «под рукой не валяется». Мы же изготовим добавочное сопротивление «практическим путем».

Нужно использовать высокоомный провод в изоляции. Но достать такой провод и на такой ток довольно затруднительно. Поэтому используем то, что есть под рукой. В хозяйственных магазинах продаются спирали для электроплиток или электрических духовок. Такой высокоомный провод вполне подойдет для нашего случая. Провод бывает диаметром от 0,35 до 0,7 миллиметров и вполне выдержит наш ток I = 0,5 ампера.

Соберем схему для подбора длины провода.

Для подбора длины провода и контроля напряжения в цепи, нам понадобится вольтметр постоянного тока на напряжение до 15 вольт. Длину провода спирали выбираем заведомо длиннее необходимой. Начиная с самого длинного конца, щупом перемещаемся по спирали.

Так как спираль «голая», без изоляции, ее нужно слегка растянуть, чтобы края витков не касались друг друга. Вольтметром контролируем напряжение на лампочке. Когда напряжение Uл на лампочке, будет равно 6 вольтам, это будет соответствовать необходимой длине провода спирали и его сопротивлению Rдоп .

Так как провод голый, то он наматывается на каркас из изоляционного материала с зазором между витками. Если в один слой провод на каркасе не укладывается, то проложив изоляцию, мотают второй слой, и т.д.

Недостаток такого способа снижения напряжения на лампочке (нагрузке) состоит в том, что для лампочки с тем же напряжением, но другой мощности, нужно дополнительное сопротивление другой величины, так как ток в электрической цепи будет другой.

Или же, если мы параллельно этой лампочке подключим еще одну, их общее сопротивление будет равно 6 Ом, и общее сопротивление цепи изменится. Не буду приводить здесь расчет по формуле закона Ома. Скажу лишь, что ток в цепи увеличится с 0,5 ампера до 0,67 ампера, напряжение на резисторе Rдоп увеличится до 8,0 вольт, напряжение на параллельно включенных двух лампочках будет равно U = 4,0 вольта, что на 2,0 вольта меньше необходимого. Лампочки будут гореть вполнакала, что мало приемлемо. Этот способ снижения напряжения на нагрузке подходит как для постоянного, так и для переменного напряжения.

Есть другой способ снижения напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока.

Вместо дополнительного резистора в цепь включим цепочку из последовательно включенных в «прямом направлении» диодов. При протекании тока через диод на нем «падает прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, его мощности и протекающего через него тока, от 0,4 до 1,2 вольта. На германиевом диоде «падает» от 0,4 до 0,7 вольта, на кремниевом от 0,6 до 1,2 вольта.

Исходя из того, на сколько вольт нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов. Сравним две схемы включения: предыдущую с дополнительным резистором и новую, с диодами.

У схемы с резистором в цепи, зависимость между током в цепи и падением напряжения Uдоп, линейная. Во сколько раз увеличится ток через резистор, во столько же раз увеличится и «падение напряжения» Uдоп на нем. На лампочках же напряжение снизится с 6 вольт до 4 вольт.

Совсем иная картина будет, если вместо резистора включим цепочку диодов. Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.

Посмотрим на вольт — амперную характеристику диода. Это кривая линия зависимости между током и напряжением на диоде. Линия между точками 0 – 4, это выход диода в режим выпрямления.

Линия между точками 4 – 7 и далее, почти прямолинейный участок. Из него видно, что при значительном изменении тока через диод (в несколько раз), напряжение на диоде мало меняется (0,1 – 0,3 вольта). Вот этот участок и используется для стабилизации напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи.

Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем ток в рассчитываемой цепи. По такой схеме я включал девяти вольтовый переносной радиоприемник от аккумулятора на 12 вольт. Применял цепочку из 4 – х диодов Д226.