Основы электричества для начинающих

Содержание

Электротехника для чайников | AlexGyver Technologies

Видео версия статьи:

Начнем пожалуй с понятия электричества. Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля. В качестве частиц могут выступать свободные электроны металла, если ток течет по металлическому проводу, или ионы, если ток течет в газе или жидкости.
Есть ещё ток в полупроводниках, но это отдельная тема для разговора. Как пример можно привести высоковольтный трансформатор из микроволновки – сначала электроны бегут по проводам, затем ионы движутся между проводами, соответственно сначала ток идет через металл, а потом через воздух. Вещество называются проводником или полупроводником, если в нём есть частицы, способные переносить электрический заряд. Если таких частиц нет, то такое вещество называется диэлектриком, оно не проводит электричество. Заряженные частицы несут на себе электрический заряд, который измеряется обозначается q в кулонах.

Единица измерения силы тока называется Ампер и обозначается буковой I, ток величиной в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда величиной 1 Кулон за 1 секунду, то есть грубо говоря сила тока измеряется в кулонах секунду. И по сути сила тока это количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника. Чем больше заряженных частиц бежит по проводу, тем соответственно больше ток.

Чтобы заставить заряженные частицы перемещаться от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Напряжение измеряется в вольтах и обозначается буквой V или U. Чтобы получить напряжение величиной 1 Вольт нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж. Согласен, немного непонятно.

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под действием силы тяжести вытекает через трубу. Пусть вода – это электрический заряд, высота водяного столба – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток. Точнее не скорость потока, а количество вытекающей за секунду воды. Вы понимаете, что чем выше уровень воды, тем больше будет давление внизу А чем выше давление внизу, тем больше воды вытечет через трубу, потому что скорость будет выше.. Аналогично чем выше напряжение, тем больший ток будет течь в цепи.

Зависимость между всеми тремя рассмотренными величинами в цепи постоянного тока определяет закон ома, который выражается вот такой формулой, и звучит как сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению. Чем больше сопротивление, тем меньше ток, и наоборот.

Добавлю ещё пару слов про сопротивление. Его можно измерить, а можно посчитать. Допустим у нас есть проводник, имеющий известную длину и площадь поперечного сечения. Квадратный, круглый, неважно. Разные вещества имеют разное удельное сопротивление, и для нашего воображаемого проводника существует вот такая формула, определяющая зависимость между длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением. Удельное сопротивление веществ можно найти в интернете в виде таблиц.

Можно опять же провести аналогию с водой: вода течёт по трубе, пусть труба имеет удельную шершавость. Логично предположить, что чем длиннее и уже труба, тем меньше воды будет по ней протекать за единицу времени. Видите, как всё просто? Формулу даже запоминать не нужно, достаточно представить себе трубу с водой.
Что касается измерения сопротивления, то нужен прибор, омметр. В наше время более популярны универсальные приборы – мультиметры, они измеряют и сопротивление, и ток, и напряжение, и ещё кучу всего. Давайте проведём эксперимент. Я возьму отрезок нихромовой проволоки известной длины и площади сечения, найду удельное сопротивление на сайте где я её купил и посчитаю сопротивление. Теперь этот же кусочек измерю при помощи прибора. Для такого маленького сопротивления мне придется вычесть сопротивление щупов моего прибора, которое равно 0.8 Ом. Вот так вот!
Шкала мультиметра разбита по размерам измеряемых величин, это сделано для более высокой точности измерения. Если я хочу измерить резистор с номиналом 100 кОм, я ставлю рукоятку на большее ближайшее сопротивление. В моём случае это 200 килоом. Если хочу измерить 1 килоом, то ставлю на 2 ком. Это справедливо для измерения остальных величин. То есть на шкале отложены пределы измерения, в который нужно попасть.
Давайте продолжим развлекаться с мультиметром и попробуем измерить остальные изученные величины. Возьму несколько разных источников постоянного тока. Пусть это будет блок питания на 12 вольт, юсб порт и трансформатор, который в своей молодости сделал мой дед.

Напряжение на этих источниках мы можем измерить прямо сейчас, подключив вольтметр параллельно, то есть непосредственно к плюсу и к минусу источников. С напряжением всё понятно, его можно взять и измерить. А вот чтобы измерить силу тока, нужно создать электрическую цепь, по которой будет протекать ток. В электрической цепи обязательно должен быть потребитель, или нагрузка. Давайте подключим потребитель к каждому источнику. Кусочек светодиодной ленты, моторчик и резистор на (160 ом).
Давайте измерим ток, протекающий в цепях. Для этого переключаю мультиметр в режим измерения силы тока и переключаю щуп во вход для тока. Амперметр подключается в цепь последовательно измеряемому объекту. Вот схема, её тоже следует помнить и не путать с подключением вольтметра. Кстати существует такая штуковина как токовые клещи. Они позволяют измерять силу тока в цепи без подключения непосредственно к цепи. То есть не нужно отсоединять провода, просто накидываешь их на провод и они измеряют. Ну ладно, вернёмся к нашему обычному амперметру.

Итак, я измерил все токи. Теперь мы знаем, какой ток потребляется в каждой цепи. Здесь у нас светятся светодиоды, здесь крутится моторчик а здесь…. Так стоять, а че делает резистор? Он не поёт нам песни, не освещает комнату и не вращает никакой механизм. Так на что он тратит целых 90 миллиампер? Так не пойдёт, давайте разбираться. Слышь ты! Ау, он горячий! Так вот куда расходуется энергия! А можно ли как-то посчитать, что здесь за энергия? Оказывается – можно. Закон, описывающий тепловое действие электрического тока был открыт в 19 веке двумя учеными, джеймсом джоулем и эмилием ленцем.

Закон назвали закон джоуля ленца. Он выражается вот такой формулой, и численно показывает, сколько джоулей энергии выделяется в проводнике, в котором течёт ток, за единицу времени. Из этого закона можно найти мощность, которая выделяется на этом проводнике, мощность обозначается английской буквой Р и измеряется в ваттах. Я нашёл вот такую очень крутую табличку, которая связывает все изученные нами на этот момент величины.
Таким образом у меня на столе электрическая мощность идёт на освещение, на совершение механической работы и на нагрев окружающего воздуха. Кстати именно на этом принципе работают различные нагреватели, электрочайники, фены, паяльники и прочее. Там везде стоит тоненькая спираль, которая нагревается под действием тока.

Этот момент стоит учитывать при подведении проводов к нагрузке, то есть прокладка проводки к розеткам по квартире тоже входит в это понятие. Если вы возьмете для подведения к розетке слишком тонкий провод и подключите в эту розетку компьютер, чайник и микроволновку, то провод может нагреться вплоть до возникновения пожара. Поэтому есть вот такая табличка, которая связывает площадь поперечного сечения проводов с максимальной мощностью, которая по этим проводам будет идти. Если вздумаете тянуть провода – не забудьте об этом.

Также в рамках этого выпуска хотелось бы напомнить особенности параллельного и последовательного соединения потребителей тока. При последовательном соединении сила тока одинакова на всех потребителях, напряжение разделилось на части, а общее сопротивление потребителей представляет собой сумму всех сопротивлений. При параллельном соединении напряжение на всех потребителях одинаково, сила тока разделилась, а общее сопротивление вычисляется вот по такой формуле.

Из этого вытекает один очень интересный момент, который можно использовать для измерения силы тока. Допустим нужно измерить силу тока в цепи около 2 ампер. Амперметр с этой задачей не справляется, поэтому можно использовать закон ома в чистом виде. Знаем, что сила тока одинакова при последовательном соединении. Возьмём резистор с очень маленьким сопротивлением и вставим его последовательно нагрузке. Измерим на нём напряжение. Теперь, пользуясь законом ома, найдём силу тока. Как видите, она совпадает с расчётом ленты. Здесь главное помнить, что этот добавочный резистор должен быть как можно меньшего сопротивления, чтобы оказывать минимальное влияние на измерения.

Есть ещё один очень важный момент, о котором нужно знать. Все источники имеют максимальный отдаваемый ток, если этот ток превысить – источник может нагреться, выйти из строя, а в худшем случае ещё и загореться. Самый благоприятный исход это когда источник имеет защиту от перегрузки по току, в таком случае он просто отключит ток. Как мы помним из закона ома, чем меньше сопротивление, тем выше ток. То есть если взять в качестве нагрузки кусок провода, то есть замкнуть источник самого на себя, то сила тока в цепи подскочит до огромных значений, это называется короткое замыкание. Если вы помните начало выпуска, то можете провести аналогию с водой. Если подставить нулевое сопротивление в закон ома то мы получим бесконечно большой ток. На практике такое конечно не происходит, потому что источник имеет внутреннее сопротивление, которое подключено последовательно. Этот закон называется закон ома для полной цепи. Таким образом ток короткого замыкания зависит от величины внутреннего сопротивления источника.
Сейчас давайте вернёмся к максимальному току, который может выдать источник. Как я уже говорил, силу тока в цепи определяет нагрузка. Многие писали мне вк и задавали примерно вот такой вопрос, я его слегка утрирую: саня, у меня есть блок питания на 12 вольт и 50 ампер. Если я подключу к нему маленький кусочек светодиодной ленты, она не сгорит? Нет, конечно же она не сгорит. 50 ампер – это максимальный ток, который способен выдать источник. Если ты подключишь к нему кусочек ленты, она возьмёт свои ну допустим 100 миллиампер, и все. Ток в цепи будет равен 100 миллиампер, и никто никуда не будет гореть. Другое дело, если возьмёшь километр светодиодной ленты и подключишь его к этому блоку питания, то ток там будет выше допустимого, и блок питания скорее всего перегреется и выйдет из строя. Запомните, именно потребитель определяет величину тока в цепи. Этот блок может выдать максимум 2 ампера, и когда я закорачиваю его на болтик, с болтиком ничего не происходит. А вот блоку питания это не нравится, он работает в экстремальных условиях. А вот если взять источник, способный выдать десятки ампер, такая ситуация не понравится уже болтику.

Давайте для примера произведём расчёт блока питания, который потребуется для питания известного отрезка светодиодной ленты. Итак, закупили мы у китайцев катушку светодиодной ленты и хотим запитать три метра этой самой ленты. Для начала идём на страницу товара и пытаемся найти, сколько ватт потребляет один метр ленты. Эту информацию я найти не смог, поэтому есть вот такая табличка. Смотрим, что у нас за лента. Диоды 5050, 60 штук на метр. И видим, что мощность составляет 14 ватт на метр. Я хочу 3 метра, значит мощность будет 42 ватта. Блок питания желательно брать с запасом на 30% по мощности, чтобы он не работал в критическом режиме. В итоге получаем 55 ватт. Ближайший подходящий блок питания будет на 60 ватт. Из формулы мощности выражаем силу тока и находим её, зная, что светодиоды работают при напряжении 12 вольт. Выходит, нам нужен блок с током 5 ампер. Заходим, например, на али, находим, покупаем.
Очень важно знать потребляемый ток при изготовлении всяких USB самоделок. Максимальный ток, который можно взять от USB, составляет 500 миллиампер, и его лучше не превышать.
И напоследок коротенько о технике безопасности. Здесь вы можете видеть, до каких значений электричество считается неопасным для жизни человека.

alexgyver.ru

основы электротехники для начинающих, меры безопасности

Электротехника — это как иностранный язык. Кто-то уже давно и в совершенстве владеет им, кто-то только начинает знакомиться, а для кого-то — это пока что недостижимая, но манящая цель. Почему многие хотят познать этот таинственный мир электричества? Всего около 250 лет люди знакомы с ним, но сегодня уже трудно себе представить жизнь без электричества. Чтобы познакомиться с этим миром, и существуют теоретические основы электротехники (ТОЭ) для чайников.

Первое знакомство с электричеством

В конце XVIII века французский ученый Шарль Кулон стал активно исследовать электрические и магнитные явления веществ. Именно он открыл закон электрического заряда, который и назвали в честь него, — кулон.

Сегодня известно, что любое вещество состоит из атомов и вращающихся вокруг них электронов по орбитали. Однако в некоторых веществах электроны удерживаются атомами очень крепко, а в других эта связь слабая, что позволяет электронам свободно отрываться от одних атомов и прикрепляться к другим.

Для понимания, что это такое, можно представить большой город с огромным количеством машин, которые движутся без каких-либо правил. Эти машины движутся хаотично и не могут совершать полезную работу. К счастью, электроны не разбиваются, а отскакивают друг от друга, как мячики. Чтобы получить пользу от этих маленьких тружеников, необходимо выполнить три условия:

Атомы вещества должны свободно отдавать свои электроны.
К этому веществу необходимо приложить силу, которая заставит двигаться электроны в одном направлении.
Цепь, по которой движутся заряженные частицы, должна быть замкнутой.

Именно соблюдение этих трех условий и лежит в основе электротехники для начинающих.

Создание гальванического элемента

Все элементы состоят из атомов. Атомы можно сравнить с Солнечной системой, только у каждой системы свое количество орбит, и на каждой орбите может находиться сразу несколько планет (электронов). Чем дальше орбита находится от ядра, тем меньшее притяжение испытывают на себе электроны, находящиеся на этой орбите.

Притяжение зависит не от массы ядра, а от разной полярности ядра и электронов. Если ядро имеет заряд +10 единиц, электроны в общей сложности тоже должны иметь 10 единиц, но отрицательного заряда. Если электрон с внешней орбиты улетит, то суммарная энергия электронов будет уже -9 единиц. Простой пример на сложение +10 + (-9) = +1. Получается, что атом имеет положительный заряд.

Бывает и наоборот: ядро имеет сильное притяжение и захватывает «чужой» электрон. Тогда на его внешней орбите появляется «лишний», 11-й электрон. Тот же пример +10 + (-11) = -1. В этом случае атом будет отрицательно заряжен.

Если в электролит опустить два материала, обладающих противоположным зарядом, и к ним подключить через проводник, например, лампочку, то в замкнутой цепи потечет ток, и лампочка загорится. Если цепь разорвать, к примеру, через выключатель, то лампочка потухнет.

Электрический ток получается следующим образом. При воздействии электролита на один из материалов (электрод) в нем возникает излишек электронов, и он становится отрицательно заряженным. Второй электрод, наоборот, при действии электролита отдает электроны и становится положительно заряженным. Каждый электрод соответственно обозначается «+» (избыток электронов) и «-» (нехватка электронов).

Хотя электроны имеют отрицательный заряд, но электрод отмечают «+». Эта путаница произошла на заре электротехники. В то время считали, что перенос заряда происходит положительными частицами. С тех пор было составлено множество схем, и чтобы их не переделывать, оставили все как есть.

В гальванических элементах электрический ток образуется в результате химической реакции. Объединение нескольких элементов называют батареей, такое правило можно найти в электротехнике для «чайников». Если возможен обратный процесс, когда под действием электрического тока в элементе накапливается химическая энергия, то такой элемент называют аккумулятором.

Гальванический элемент изобрел Алессандро Вольта в 1800 году. Он использовал медные и цинковые пластины, опущенные в раствор соли. Это стало прообразом современных аккумуляторов и батарей.

Виды и характеристики тока

После получения первого электричества появилась идея передавать эту энергию на некоторое расстояние, и здесь возникли трудности. Оказывается, электроны, проходя через проводник, теряют часть своей энергии, и чем длиннее проводник, тем больше эти потери. В 1826 году Георг Ом установил закон, отслеживающий взаимоотношение между напряжением, током и сопротивлением. Читается он следующим образом: U=RI. Если словами, то получается: напряжение равно произведению силы тока на сопротивление проводника.

Из уравнения видно, что чем длиннее проводник, который увеличивает сопротивление, тем меньше будет ток и напряжение, следовательно, уменьшится мощность. Устранить сопротивление невозможно, для этого нужно понизить температуру проводника до абсолютного нуля, что осуществимо лишь в лабораторных условиях. Ток необходим для мощности, поэтому его трогать тоже нельзя, остается только повысить напряжение.

Для конца XIX века это была непреодолимая проблема. Ведь в то время не было ни электростанций, вырабатывающих переменный ток, ни трансформаторов. Поэтому инженеры и ученые устремили свой взор на радио, правда, оно сильно отличалось от современного беспроводного. Правительство разных стран не видело выгоды от этих разработок и не спонсировало такие проекты.

Чтобы можно было трансформировать напряжение, увеличивать или уменьшать его, необходим переменный ток. Как это работает, можно увидеть из следующего примера. Если провод свернуть в катушку и внутри неё быстро перемещать магнит, то в катушке возникнет переменный ток. В этом можно убедиться, подключив к концам катушки вольтметр с нулевой отметкой посередине. Стрелка прибора будет отклоняться влево и вправо, это будет свидетельствовать о том, что электроны движутся то в одном направлении, то в другом.

Такой способ получения электроэнергии называется магнитная индукция. Его используют, например, в генераторах и трансформаторах, получая и изменяя ток. По своей форме переменный ток может быть:

синусоидальным;
импульсным;
выпрямленным.

Типы проводников

Первое, что влияет на электрический ток — это проводимость материала. Такая проводимость у разных материалов разная. Условно все вещества можно разделить на три вида:

проводник;
полупроводник;
диэлектрик.

Проводником может быть любое вещество, свободно пропускающее через себя электрический ток. К ним относятся такие твердые материалы, как, например, металл или полуметалл (графит). Жидкие — ртуть, расплавленные металлы, электролиты. А также сюда входят ионизированные газы.

Исходя из этого, проводники делят на два типа проводимости:

электронный;
ионный.

К электронной проводимости относятся все материалы и вещества, в которых для создания электрического тока используются электроны. К таким элементам относятся металлы и полуметаллы. Хорошо проводит ток и углерод.

В ионной проводимости эту роль выполняет частица, имеющая положительный или отрицательный заряд. Ион — это частица с недостающим или лишним электроном. Одни ионы не прочь захватить «лишний» электрон, а другие не дорожат электронами и поэтому свободно их отдают.

В соответствии с этим такие частицы могут быть отрицательно заряженными и положительно заряженными. Примером служит соленая вода. Основным веществом является дистиллированная вода, которая является изолятором и не проводит ток. При добавлении соли она становится электролитом, то есть проводником.

Полупроводники в обычном состоянии не проводят ток, но при внешнем воздействии (температура, давление, свет и подобное) они начинают пропускать ток, хотя и не так хорошо, как проводники.

Все остальные материалы, не вошедшие в первые два вида, относятся к диэлектрикам или изоляторам. Они в обычных условиях практически не проводят электрический ток. Это объясняется тем, что на внешней орбите электроны очень прочно держатся на своих местах, а места для других электронов нет.

Применяемые радиодетали

При изучении электрики для «чайников» нужно помнить, что применяются все ранее перечисленные виды материалов. Проводники, в первую очередь, используются для соединения элементов схемы (в том числе в микросхемах). Могут присоединять источник питания к нагрузке (это, например, шнур от холодильника, электропроводка и т. д). Применяются при изготовлении катушек, которые, в свою очередь, могут использоваться в неизменном виде, например, на печатных платах либо в трансформаторах, генераторах, электродвигателях и т. п.

Проводники наиболее многочисленны и многообразны. Почти все радиодетали изготавливаются из них. Для получения варистора, например, может использоваться один полупроводник (карбид кремния или оксид цинка). Есть детали, в состав которых входят проводники разных типов проводимости, например, диоды, стабилитроны, транзисторы.

Особую нишу занимают биметаллы. Это соединение двух или более металлов, у которых разная степень расширения. Когда такая деталь нагревается, то она деформируется, благодаря разному процентному расширению. Обычно используется в токовой защите, например, для защиты электродвигателя от перегрева или отключения прибора по достижению заданной температуры, как в утюге.

Диэлектрики в основном выполняют функцию защиты (например, изоляционные ручки электроинструментов). Также они позволяют изолировать элементы электрической схемы. Печатная плата, на которой крепятся радиодетали, изготавливается из диэлектрика. Провода катушки покрываются изоляционным лаком для предотвращения замыкания между витками.

Меры безопасности

Однако диэлектрик при добавлении проводника становится полупроводником и может проводить ток. Тот же самый воздух становится проводником во время грозы. Сухое дерево плохо проводит ток, но если его намочить, оно уже не будет безопасным.

Электрический ток играет огромную роль в жизни современного человека, но, с другой стороны, может представлять смертельную опасность. Обнаружить его, например, в проводе, лежащем на земле, очень трудно, для этого нужны специальные приборы и знания. Поэтому при пользовании электрическими приборами нужно соблюдать предельную осторожность.

Человеческое тело состоит преимущественно из воды, но это не дистиллированная вода, которая является диэлектриком. Поэтому для электричества тело становится почти проводником. Получив электрический удар, мышцы сокращаются, что может привести к остановке сердца и дыхания. При дальнейшем действии тока кровь начинает закипать, затем происходит иссушение тела и, наконец, обугливание тканей. Первое, что нужно сделать, — прекратить действие тока, при необходимости оказать первую помощь и вызвать медиков.

В природе образуется статическое напряжение, но оно чаще всего не представляет опасности для человека, за исключением молнии. Зато оно может быть опасно для электронных схем или деталей. Поэтому при работе с микросхемами и полевыми транзисторами пользуются заземленными браслетами.

220v.guru

В повседневной жизни мы постоянно имеем дело с электричеством. Без движущихся заряженных частиц невозможно функционирование используемых нами приборов и устройств. И чтобы в полной мере наслаждаться этими достижениями цивилизации и обеспечивать их долговременную службу, надо знать и понимать принцип работы.

Электротехника — важная наука

На вопросы, связанные с получением и использованием энергии тока в практических целях, отвечает электротехника. Однако, описать доступным языком невидимый нам мир, где царствуют ток и напряжение, совсем непросто. Поэтому неизменным спросом пользуются пособия «Электричество для чайников» или «Электротехника для начинающих».

Что же изучает эта загадочная наука, какие знания и умения можно получить в результате её освоения?

Описание дисциплины «Теоретические основы электротехники»

В зачётках студентов, получающих технические специальности, можно увидеть загадочную аббревиатуру «ТОЭ». Это как раз и есть нужная нам наука.

Датой рождения электротехники можно считать период начала XIX века, когда был изобретён первый источник постоянного тока. Матерью «новорождённой» отрасли знаний стала физика. Последующие открытия в области электричества и магнетизма обогатили эту науку новыми фактами и понятиями, имевшими важное практическое значение.

Свой современный вид, как самостоятельная отрасль, она приняла в конце XIX века, и с тех пор входит в учебную программу технических ВУЗов и активно взаимодействует с другими дисциплинами. Так, для успешного изучения электротехники необходимо иметь теоретический багаж знаний из школьного курса физики, химии и математики. В свою очередь, на ТОЭ базируются такие важные дисциплины, как:

электроника и радиоэлектроника;
электромеханика;
энергетика, светотехника и др.

Центральным объектом внимания электротехники является, конечно, ток и его характеристики. Далее теория рассказывает об электромагнитных полях, их свойствах и практическом применении. В заключительной части дисциплины освещаются устройства, в которых трудятся энергичные электрончики. Осиливший эту науку многое поймёт в окружающем мире.

Каково значение электротехники в наше время? Без знания данной дисциплины нельзя обойтись электротехническим работникам:

Вездесущность электричества делает его изучение необходимым и простому обывателю, чтобы быть грамотным человеком и уметь применять свои знания в повседневной жизни.

Советы по изучению электричества для чайников

Сложно понять то, чего не можешь увидеть и «пощупать». Большинство учебников по электрике пестрят малопонятными терминами и громоздкими схемами. Поэтому благие намерения начинающих изучить эту науку часто так и остаются лишь планами.

На самом деле электротехника — очень интересная наука, а основные положения электричества можно изложить доступным языком для чайников. Если подойти к образовательному процессу творчески и с должным усердием, многое станет понятным и увлекательным. Вот несколько полезных рекомендаций по изучению электрики для «чайников».

Путешествие в мир электронов нужно начать с изучения теоретических основ — понятий и законов. Приобретите обучающее пособие, например, «Электротехника для чайников», которое будет написано понятным для вас языком либо несколько таких учебников. Наличие наглядных примеров и исторических фактов разнообразят процесс обучения и помогут лучше усвоить знания. Проверить успеваемость можно с помощью различных тестов, заданий и экзаменационных вопросов. Вернитесь ещё раз к тем параграфам, в которых допустили ошибки при проверке.

Если уверены, что полностью изучили физический раздел дисциплины, можно переходить к более сложному материалу — описанию электрических схем и устройств.

Чувствуете себе достаточно «подкованным» в теории? Пришла пора вырабатывать практические навыки. Материалы для создания простейших схем и механизмов можно легко найти в магазинах электрических и хозяйственных товаров. Однако, не спешите сразу приступать к моделированию — выучите сначала раздел «электробезопасность», чтобы не причинить вреда своему здоровью.

Чтобы получить практическую пользу от новообретенных знаний, попробуйте отремонтировать вышедшую из строя бытовую технику. Обязательно изучите требования по эксплуатации, следуйте положениям инструкции или пригласите к себе в напарники опытного электрика. Время экспериментов ещё не пришло, а с электричеством шутки плохи.

Старайтесь, не спешите, будьте пытливы и усидчивы, изучайте все доступные материалы и тогда из «тёмной лошадки» электрический ток превратится в доброго и верного друга для вас. И, может быть, вы даже сможете сделать важное открытие в области электрики и в одночасье стать богатым и знаменитым.

Как читать электрические схемы – графические, буквенные и цифровые обозначения

Новички, которые пытаются самостоятельно собрать какие-то электронные схемы и приборы, сталкиваются с самым первым в своей новой деятельности вопросе, как читать электрические схемы? Вопрос, на самом деле серьезный, ведь прежде, чем собрать схему, ее необходимо как-то обозначить на бумаге. Или найти готовый вариант для воплощения в жизнь. То есть, чтение электрических схем – основная задача любого радиолюбителя или электрика.

Что такое электрическая схема

Это графическое изображение, где указаны все электронные элементы, связанные между собой проводниками. Поэтому знание электрических цепочек – это залог правильно собранного электронного прибора. А, значит, основная задача сборщика – это знать, как на схеме обозначаются электронные компоненты, какими графическими значками и дополнительными буквенными или цифровыми значениями.

Все принципиальные электрические схемы состоят из электронных элементов, которые имеют условное графическое обозначение, короче УЗО.

Для примера дадим несколько самых простых элементов, которые в графическом исполнении очень похожи на оригинал. Вот так обозначается резистор:

Как видите, очень похоже на оригинал. А вот так обозначается динамик:

То же большое сходство. То есть, существуют некоторые позиции, которые сразу же можно опознать. И это очень удобно. Но есть и совершенно непохожие позиции, которые или надо запомнить, или надо знать их конструкции, чтобы легко определять на принципиальной схеме. К примеру, конденсатор на рисунке снизу.

Тот, кто давно разбирается в электротехнике, то знает, что конденсатор – это две пластинки, между которыми размещен диэлектрик. Поэтому в графическом изображении был и выбран этот значок, он в точности повторяет конструкцию самого элемента.

Самые сложные значки у полупроводниковых элементов. Давайте рассмотрим транзистор. Необходимо отметить, что у этого прибора три выхода: эмиттер, база и коллектор. Но и это еще не все. У биполярных транзисторов встречаются две структуры: «n – p – n» и «p – n – p». Поэтому и на схеме они обозначаются по-разному:

Как видите, транзистор по своему изображению на него-то и не похож. Хотя, если знать структуру самого элемента, то можно сообразить, что это именно он и есть.

Простые схемы для начинающих, зная несколько значков, можно читать без проблем. Но практика показывает, что простыми электросхемами в современных электронных приборах практически не обходятся. Так что придется учить все, что касается принципиальных схем. А, значит, необходимо разобраться не только со значками, но и с буквенными и цифровыми обозначениями.

Что обозначают буквы и цифры

Все цифры и буквы на схемах являются дополнительной информацией, это опять-таки к вопросу, как правильно читать электросхемы? Начнем с букв. Рядом с каждым УЗО всегда проставляется латинская буква. По сути, это буквенное обозначение элемента. Это сделано специально, чтобы при описании схемы или устройства электронного прибора, можно было бы обозначать его детали. То есть, не писать, что это резистор или конденсатор, а ставить условное обозначение. Это и проще, и удобнее.

Теперь цифровое обозначение. Понятно, что в любой электронной схеме всегда найдутся элементы одного значения, то есть, однотипных. Поэтому каждую такую деталь пронумеровывают. И вся эта цифровая нумерация идет от верхнего левого угла схемы, затем вниз, далее вверх и опять вниз.

Внимание! Специалисты называют такую нумерацию правилом «И». Если обратите внимание, то движение по схеме так и происходит.

И последнее. Все электронные элементы имеют определенные свои параметры. Их обычно также прописывают рядом со значком или выносят в отдельную таблицу. К примеру, рядом с конденсатором может быть указана его номинальная емкость в микро- или пикофарадах, а также номинальное его напряжение (если такая необходимость возникает). Вообще, все, что связано с полупроводниковыми деталями должно обязательно дополняться информацией. Это не только упрощает чтение схемы, но и позволяет не ошибиться при выборе самого элемента в процессе сборки.

Иногда цифровые обозначения на электросхемах отсутствуют. Что это значит? К примеру, взять резистор. Это говорит о том, что в данной электрической схеме показатель его мощности не имеет значения. То есть, можно установить даже самый маломощный вариант, который выдержит нагрузки схемы, потому что в ней течет ток малой силы.

И еще несколько обозначений. Проводники графически обозначаются прямой непрерывной линией, места пайки точкой. Но учтите, что точка ставиться только в том месте, где соединяются три или более проводников.

Заключение по теме

Итак, вопрос, как научится читать схемы электрические, не самый простой. Вам потребуется не только знание УЗО, но и знание, касающиеся параметров каждого элемента, его структуры и конструкции, а также принципа работы, и для чего он необходим. То есть, придется учить все азы радио- и электротехники. Сложно? Не без этого. Но если вы поймете, как все работает, то для вас откроются горизонты, о которых вы и не мечтали.

Условные обозначения на электрических схемах

Обозначение розетки на электрической схеме по ГОСТам

Как определить полярность электролитического конденсатора

Самоучитель электрика. Обучиться, научиться электромонтажу. Осветительная бытовая электрическая сеть, электричество своими руками. Схема электропроводки, проводки.

Наверняка я что-то упустил. Могут быть разные частные вопросы по электрике, которые я не осветил. Обязательно пишите вопросы в обсуждение статьи. Я, если смогу, на них отвечу.

Техника безопасности

Если Вы самостоятельно никогда не выполняли электромонтажные работы, то не следует думать, что прочитав этот материал, Вы сможете все сделать правильно, безопасно для себя и будущих пользователей. Статья позволит понять, как устроена бытовая осветительная сеть, уяснить основные принципы ее монтажа. Первый раз электромонтажные работы нужно проводить под наблюдением опытного специалиста. В любом случае, вне зависимости от того, имеете ли Вы официальный допуск, Вы берете на себя ответственность за жизнь, здоровье и безопасность себя и окружающих.

Никогда не работайте с высоким напряжением в одиночку. Всегда должен рядом быть человек, который в критической ситуации сможет обесточить систему, вызвать экстренные службы и оказать первую помощь.

Не следует выполнять работы под напряжением. Это развлечение для опытных профессионалов. Обесточьте сеть, с которой будете работать, убедитесь, что никто не сможет случайно включить электричество, когда Вы будете заниматься монтажом.

Не надейтесь на то, что до Вас проводка была выполнена правильно. Обзаведитесь датчиком (индикатором) фазы. Это такое устройство, похожее на отвертку или шило. У него есть щуп. Если щуп прикасается к проводу, находящемуся под напряжением, то загорается индикатор. Убедитесь, что Вы умеете правильно пользоваться этим датчиком. Есть тонкости. Некоторые датчики правильно работают только если пальцем прижимать специальный контакт на ручке. Перед тем, как начинать работу, с помощью индикатора фазы убедитесь, что проводка обесточена. Я не раз встречал ошибочно выполненные варианты проводки, когда автомат на входе разрывает только один провод, не обеспечивая полное обесточивание сети. Такая ошибка очень опасна, так как, отключив автомат, Вы предполагаете, что сеть обесточена, а это не так. Датчик фазы сразу предупредит Вас об опасности.

Главные неисправности электротехники

Мастера говорят, что в электротехнике есть всего два вида неисправностей. Нет нужного надежного контакта и есть ненужный. Действительно, в электромонтажном деле не бывает случаев, когда две точки сети должны быть связаны определенным сопротивлением. Они либо должны быть соединены, либо не соединены.

Схемы электрических соединений

На схеме приведена типовая двухконтурная проводка. На объект через автомат (A2 ), УЗО (A3 ) и электрический счетчик (A4 ) заведено сетевое напряжение осветительной сети (O1 ). Далее это напряжение разводится на два контура – осветительный и силовой. Оба контура имеют отдельные автоматы (A4 – осветительный контур, A5 – силовой) для их защиты от перегрузок и раздельного отключения при ремонтных работах. Автомат осветительного контура обычно выбирается на меньшую силу тока, чем автомат силового контура. К осветительному контуру подключены лампы (L1 – LN ) и две розетки (S1. S2 ) для подключения маломощных нагрузок, например, компьютера или телевизора. Эти розетки используются при ремонтных работах на силовом контуре для подключения электроинструмента. Силовой контур разведен на силовые розетки (S3 – SN ).

На схемах место соединения проводников обозначается точкой. Если проводники пересекают друг друга, но точки нет, то это означает, что проводники не соединены, они пересекаются без соединения.

Параллельное и последовательное соединения

Электрические цепи могут быть соединены параллельно и последовательно.

При последовательном соединении электрический ток, выходящий из одной цепи, попадает в другую. Таким образом, через все цепи, соединенные последовательно, протекает одинаковый ток.

При параллельном соединении электрический ток разветвляется на все цепи, соединенные параллельно. Таким образом, суммарный ток равен сумме токов в каждой цепи. Зато на цепи, соединенные параллельно, подается одинаковое напряжение.

На приведенной схеме входной автомат, УЗО, счетчик и вся остальная схема соединены последовательно. В результате автомат может ограничивать силу тока во всей цепи, а счетчик – измерять потребляемую энергию. Оба контура и нагрузки в них соединены параллельно, что позволяет подвести к каждой нагрузке сетевое напряжение, на которое она рассчитана, независимо от других нагрузок.

Здесь приведена принципиальная электрическая схема. Бывают еще монтажные схемы. На них указывается на плане объекта, где должна пройти проводка, где установить щит, где поставить розетки, выключатели и осветительные приборы. Там совсем другие обозначения. Я – не специалист в этих схемах. Информацию о них поищите в других источниках.

Основы электротехники для начинающих

Понятия и свойства электрического тока
Основные токовые величины
Закон Ома
Энергия и мощность в электротехнике
Видео: Основы электротехники. Курс для начинающего электрика

Существует множество понятий, которые нельзя увидеть собственными глазами и потрогать руками. Наиболее ярким примером служит электротехника, состоящая из сложных схем и малопонятной терминологии. Поэтому очень многие просто отступают перед трудностями предстоящего изучения этой научно-технической дисциплины.

Получить знания в этой области помогут основы электротехники для начинающих, изложенные доступным языком. Подкрепленные историческими фактами и наглядными примерами, они становятся увлекательными и понятными даже для тех, кто впервые столкнулся с незнакомыми понятиями. Постепенно продвигаясь от простого к сложному, вполне возможно изучить представленные материалы и использовать их в практической деятельности.

Понятия и свойства электрического тока

Электрические законы и формулы требуются не только для проведения каких-либо расчетов. Они нужны и тем, кто на практике выполняет операции, связанные с электричеств ом. Зная основы электротехники можно логическим путем установить причину неисправности и очень быстро ее устранить.

Суть электрического тока заключается в движении заряженных частиц, переносящих электрический заряд от одной до другой точки. Однако при беспорядочном тепловом движении заряженных частиц, по примеру свободных электронов в металлах, переноса заряда не происходит. Перемещение электрического заряда через поперечное сечение проводника происходит лишь при условии участия ионов или электронов в упорядоченном движении.

Электрический ток всегда протекает в определенном направлении. О его наличии свидетельствуют специфические признаки:

Нагревание проводника, по которому протекает ток.
Изменение химического состава проводника под действием тока.
Оказание силового воздействия на соседние токи, намагниченные тела и соседние токи.

Электрический ток может быть постоянным и переменным. В первом случае все его параметры остаются неизменными, а во втором – периодически происходит изменение полярности от положительной к отрицательной. В каждом полупериоде изменяется направление потока электронов. Скорость таких периодических изменений представляет собой частоту, измеряемую в герцах

Основные токовые величины

При возникновении в цепи электрического тока, происходит постоянный перенос заряда через поперечное сечение проводника. Величина заряда, перенесенная за определенную единицу времени, называется силой тока. измеряемой в амперах .

Для того чтобы создать и поддерживать движение заряженных частиц, необходимо воздействие силы, приложенной к ним в определенном направлении. В случае прекращения такого действия, прекращается и течение электрического тока. Такая сила получила название электрического поля, еще она известна как напряженность электрического поля. Именно она вызывает разность потенциалов или напряжение на концах проводника и дает толчок движению заряженных частиц. Для измерения этой величины применяется специальная единица – вольт. Существует определенная зависимость между основными величинами, отраженная в законе Ома, который будет рассмотрен подробно.

Важнейшей характеристикой проводника, непосредственно связанной с электрическим током, является сопротивление. измеряемое в омах. Данная величина является своеобразным противодействием проводника течению в нем электрического тока. В результате воздействия сопротивления происходит нагрев проводника. С увеличением длины проводника и уменьшением его сечения, значение сопротивления увеличивается. Величина в 1 Ом возникает, когда разность потенциалов в проводнике составляет 1 В, а сила тока – 1 А.

Данный закон относится к основным положениям и понятиям электротехники. Он наиболее точно отражает зависимость между такими величинами, как сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Определения этих величин уже были рассмотрены, теперь нужно установить степень их взаимодействия и влияния друг на друга.

Для того чтобы вычислить ту или иную величину, необходимо воспользоваться следующими формулами:

Сила тока: I = U/R (ампер).
Напряжение: U = I x R (вольт).
Сопротивление: R = U/I (ом).

Зависимость этих величин, для лучшего понимания сути процессов, часто сравнивается с гидравлическими характеристиками. Например, внизу бака, наполненного водой, устанавливается клапан с примыкающей к нему трубой. При открытии клапана вода начинает течь, поскольку существует разница между высоким давлением в начале трубы и низким – на ее конце. Точно такая же ситуация возникает на концах проводника в виде разности потенциалов – напряжения, под действием которого электроны двигаются по проводнику. Таким образом, по аналогии, напряжение представляет собой своеобразное электрическое давление.

Силу тока можно сравнить с расходом воды, то есть ее количеством, протекающим через сечение трубы за установленный период времени. При уменьшении диаметра трубы уменьшится и поток воды в связи с увеличением сопротивления. Этот ограниченный поток можно сравнить с электрическим сопротивлением проводника, удерживающим поток электронов в определенных рамках. Взаимодействие тока, напряжения и сопротивления аналогично гидравлическим характеристикам: с изменением одного параметра, происходит изменение всех остальных.

Энергия и мощность в электротехнике

В электротехнике существуют еще и такие понятия, как энергия и мощность. связанные с законом Ома. Сама энергия существует в механической, тепловой, ядерной и электрической форме. В соответствии с законом сохранения энергии, ее невозможно уничтожить или создать. Она может лишь преобразовываться из одной формы в другую. Например, в аудиосистемах осуществляется преобразование электроэнергии в звук и теплоту.

Любые электрические приборы потребляют определенное количество энергии на протяжении установленного промежутка времени. Эта величина индивидуальна для каждого прибора и представляет собой мощность, то есть объем энергии, который может потребить тот или иной прибор. Этот параметр вычисляется по формуле P=IxU. единицей измерения служит ватт. Он означает перемещение одного ампера одним вольтом через сопротивление в один ом.

Таким образом, основы электротехники для начинающих помогут на первых порах разобраться с основными понятиями и терминами. После этого будет значительно легче использовать полученные знания на практике.

Сейчас без электричества невозможно представить жизнь. Это не только свет и обогреватели, но и вся электронная аппаратура начиная с самых первых электронных ламп и заканчивая мобильными телефонами и компьютерами. Их работа описывается самыми разными, иногда очень сложными формулами. Но даже самые сложные законы электротехники и электроники в основе своей имеют законы электротехники, которые в институтах, техникумах и училищах изучает предмет «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ).

Основные законы электротехники

Закон Ома — с этого закона начинается изучение ТОЭ и без него не может обойтись ни один электрик. Он гласит, что сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению Это значит, что чем выше напряжение, поданное на сопротивление, электродвигатель, конденсатор или катушку (при соблюдении других условий неизменными), тем выше ток, протекающий по цепи. И наоборот, чем выше сопротивление, тем ниже ток.

Закон Джоуля — Ленца. С помощью этого закона можно определить количество тепла, выделившегося на нагревателе, кабеле, мощность электродвигателя или другие виды работ, выполненных электрическим током. Этот закон гласит, что количество тепла, выделяемого при протекании электрического тока по проводнику, прямо пропорциональна квадрату силы тока, сопротивлению этого проводника и времени протекания тока. С помощью этого закона определяется фактическая мощность электродвигателей, а также на основе этого закона работает электросчётчик, по которому мы платим за потреблённую электроэнергию.

Первый закон Кирхгофа. С его помощью рассчитываются кабеля и автоматы защиты при расчёте схем электроснабжения. Он гласит, что сумма токов, приходящих в любой узел равна сумме токов, уходящих из этого узла. На практике приходит один кабель из источника питания, а уходит один или несколько.

Второй закон Кирхгофа. Применяется при подключении нескольких нагрузок последовательно или нагрузки и длинного кобеля. Он также применим при подключении не от стационарного источника питания, а от аккумулятора. Он гласит, что в замкнутой цепи сумма всех падений напряжений и всех ЭДС равна 0.

С чего начать изучение электротехники

Лучше всего изучать электротехнику на специальных курсах или в учебных заведениях. Кроме возможности общаться с преподавателями, вы можете воспользоваться материальной базой учебного заведения для практических занятий. Учебное заведение также выдаёт документ, который будет необходим при устройстве на работу.

Если вы решили изучать электротехнику самостоятельно или вам необходим дополнительный материал для занятий, то есть много сайтов, на которых можно изучить и скачать на компьютер или телефон необходимые материалы.

Видеоуроки

В интернете есть много видеоматериалов, помогающих овладеть основами электротехники. Все видеоролики можно как смотреть онлайн, так и скачать с помощью специальных программ.

Видеоуроки электрика — очень много материалов, рассказывающих о разных практических вопросах, с которыми может столкнуться начинающий электрик, о программах, с которыми приходится работать и об аппаратуре, устанавливаемой в жилых помещениях.

Основы теории электротехники — здесь находятся видеоуроки, наглядно объясняющие основные законы электротехники Общая длительность всех уроков около 3 часов.

Основы электротехники, ноль и фаза, схемы подключения лампочек, выключателей, розеток. Виды инструмента для электромонтажа;
Виды материалов для электромонтажа, сборка электрической цепи;
Подключение выключателя и параллельное соединение;
Монтаж электрической цепи с двухклавишным выключателем. Модель электроснабжения помещения;
Модель электроснабжения помещения с выключателем. Основы техники безопасности.

Книги

Самым лучшим советчиком всегда являлась книга. Раньше необходимо было брать книгу в библиотеке, у знакомых или покупать. Сейчас в интернете можно найти и скачать самые разные книги, необходимые начинающему или опытному электромонтёру. В отличие от видеоуроков, где можно посмотреть, как выполняется то или иное действие, в книге можно держать рядом во время выполнения работы. В книге могут быть справочные материалы, которые не поместятся в видеоурок (как в школе — учитель рассказывает урок, описанный в учебнике, и эти формы обучения дополняют друг друга).

Есть сайты с большим количеством электротехнической литературы по самым разным вопросам — от теории до справочных материалов. На всех этих сайтах нужную книгу можно скачать на компьютер, а позже читать с любого устройства.

Например,

mexalib — разного рода литература, в том числе и по электротехнике

книги для электрика — на этом сайте много советов для начинающего электротехника

электроспец — сайт для начинающих электриков и профессионалов

Библиотека электрика — много разных книг в основном для профессионалов

Онлайн-учебники

Кроме этого, в интернете ест онлайн-учебники по электротехнике и электронике с интерактивным оглавлением.

Это такие, как:

Начальный курс электрика — учебное пособие по электротехнике

Основы электротехники — базовые понятия

Электроника для начинающих — начальный курс и основы электроники