مهندس برق. در شبکه های برق کار کرده است. او در حفاظت رله و دستگاه های اتوماسیون الکتریکی تخصص داشت. نویسنده دو کتاب از مجموعه کتابخانه برق. چاپ شده در مجلات مهندسی برق در حال حاضر در اسرائیل زندگی می کند. 71 ساله. مستمری بگیر

خیابان هاشهر، 8\6، حیفا، 35844، اسرائیل

به خواننده

احتمالاً نیازی به توضیح اهمیت برق برای اطمینان از عملکرد طبیعی هر فرد نیست. اغراق نخواهد بود اگر بگوییم امروزه همان جزء لاینفک آن آب و گرما و غذاست. و اگر نور در خانه خاموش شد، شما که انگشتان خود را روی یک کبریت روشن می سوزانید، بلافاصله با ما تماس بگیرید.

برق قبل از اینکه به خانه شما برسد مسیر طولانی و دشواری را طی می کند. این سوخت که از سوخت یک نیروگاه تولید می‌شود، از طریق پست‌های ترانسفورماتور و سوئیچینگ، هزاران کیلومتر از خطوط نصب شده روی ده‌ها هزار قطب عبور می‌کند.

برق امروزه تکنولوژی پیشرفته، منبع تغذیه قابل اعتماد و با کیفیت بالا، مراقبت از مصرف کننده و خدمات او است.

با این حال، این همه چیز نیست. حلقه نهایی زنجیر برق، تجهیزات الکتریکی خانه شماست. و مانند هر چیز دیگری برای عملکرد صحیح خود به دانشی نیاز دارد. لذا شما را به همکاری با ما تشویق می کنیم و به همین منظور توصیه ها و هشدارهایی را به شما می دهیم. هشدارها با رنگ قرمز مشخص شده اند.

در مورد موارد زیر صحبت خواهیم کرد:

1. جنبه های حقوقی. مشترک باید با حقوق، وظایف و مسئولیت های خود در رابطه با سازمان تامین انرژی آشنا باشد. همین امر در مورد نگرش سازمان تامین انرژی نسبت به آن نیز صدق می کند.

2. آشنایی با سیم کشی برق مسکونی، تجهیزات سوئیچینگ و محصولات تاسیساتی.

4. الکتریسیته نه تنها به دانش خاصی نیاز دارد، بلکه به رعایت دقیق قوانین خاصی از سوی کاربر نیز نیاز دارد. هم برای کسانی که نمی دانند چگونه از آن استفاده کنند و هم برای «صنعتگران» بی انضباط خطر ایجاد می کند. بنابراین شما را با اصول ایمنی برق آشنا می کنیم.

ما از شما می خواهیم که توصیه ها و هشدارهای ما را درک کنید. همچنین امیدواریم به سازه های شبکه و تجهیزات الکتریکی ذکر شده در بالا آسیبی وارد نکنید.

ما برای شما بهترین ها را آرزو می کنیم، از جمله مواردی که توسط برق ارائه می شود.

مهندسی برق مانند یک زبان خارجی است. برخی مدت‌هاست که بر آن تسلط کامل دارند، برخی تازه شروع به آشنایی با آن کرده‌اند و برای برخی دیگر هنوز هدفی دست نیافتنی، اما فریبنده است. چرا بسیاری از مردم می خواهند این دنیای اسرارآمیز برق را کشف کنند؟ مردم تنها حدود 250 سال است که با آن آشنا هستند، اما امروزه تصور زندگی بدون برق دشوار است. برای آشنایی با این دنیا، مبانی نظری مهندسی برق (TOE) برای آدمک ها وجود دارد.

اولین آشنایی با برق

در پایان قرن هجدهم، دانشمند فرانسوی شارل کولمب شروع به مطالعه فعال پدیده های الکتریکی و مغناطیسی مواد کرد. این او بود که قانون بار الکتریکی را کشف کرد که به نام او - کولن - نامگذاری شد.

امروزه مشخص شده است که هر ماده ای از اتم ها و الکترون هایی تشکیل شده است که در یک مدار به دور آنها می چرخند. با این حال، در برخی از مواد، الکترون ها توسط اتم ها بسیار محکم نگه داشته می شوند، در حالی که در برخی دیگر این پیوند ضعیف است، که به الکترون ها اجازه می دهد آزادانه از برخی اتم ها جدا شوند و به برخی دیگر بچسبند.

برای اینکه بفهمید چیست، می توانید شهری بزرگ با تعداد زیادی ماشین را تصور کنید که بدون هیچ قانونی حرکت می کنند. این ماشین ها به طور آشفته حرکت می کنند و نمی توانند کار مفیدی انجام دهند. خوشبختانه، الکترون ها از هم جدا نمی شوند، بلکه مانند توپ از یکدیگر منعکس می شوند. برای بهره مندی از این کارگران کوچک ، سه شرط باید رعایت شود:

1. اتم های یک ماده باید آزادانه الکترون های خود را رها کنند.
2. باید نیرویی به این ماده وارد شود که الکترون ها را مجبور به حرکت در یک جهت می کند.
3. مداری که در امتداد آن ذرات باردار حرکت می کنند باید بسته شود.

رعایت این سه شرط است که زمینه ساز مهندسی برق برای مبتدیان است.

همه عناصر از اتم تشکیل شده اند. اتم ها را می توان با منظومه شمسی مقایسه کرد، فقط هر منظومه تعداد مدارهای مخصوص به خود را دارد و هر مدار می تواند شامل چندین سیاره (الکترون) باشد. هر چه مدار از هسته دورتر باشد، الکترون ها در این مدار جاذبه کمتری را تجربه می کنند.

جاذبه به جرم هسته بستگی ندارد، بلکه از قطبیت های مختلف هسته و الکترون ها. اگر هسته دارای بار 10+ واحد باشد، الکترون ها نیز باید در مجموع 10 واحد داشته باشند، اما بار منفی. اگر یک الکترون از مدار بیرونی پرواز کند، انرژی کل الکترون ها از قبل 9- واحد خواهد بود. یک مثال ساده برای جمع +10 + (-9) = +1. معلوم می شود که اتم دارای بار مثبت است.

برعکس هم اتفاق می افتد: هسته جاذبه قوی دارد و یک الکترون "خارجی" را جذب می کند. سپس یک الکترون "اضافی" یازدهم در مدار بیرونی خود ظاهر می شود. همان مثال +10 + (-11) = -1. در این حالت اتم دارای بار منفی خواهد بود.

اگر دو ماده با بارهای مخالف در یک الکترولیت قرار داده شوند و از طریق یک رسانا مثلاً یک لامپ به آنها متصل شوند، جریان در یک مدار بسته جریان می یابد و لامپ روشن می شود. اگر مدار قطع شود، مثلاً از طریق یک کلید، لامپ خاموش می شود.

جریان الکتریکی به صورت زیر بدست می آید. هنگامی که یکی از مواد (الکترود) در معرض الکترولیت قرار می گیرد، الکترون اضافی در آن ظاهر می شود و بار منفی پیدا می کند. برعکس، الکترود دوم وقتی در معرض الکترولیت قرار می‌گیرد، الکترون‌ها را رها می‌کند و دارای بار مثبت می‌شود. هر الکترود به ترتیب "+" (الکترون های اضافی) و "-" (فقدان الکترون) تعیین می شود.

اگرچه الکترون ها دارای بار منفی هستند، اما این سردرگمی در سپیده دم مهندسی برق رخ داده است. و برای اینکه آنها را دوباره انجام ندهند، همه چیز را همانطور که هست رها کردند.

در سلول های گالوانیکی، جریان الکتریکی در نتیجه یک واکنش شیمیایی ایجاد می شود. ترکیبی از چندین عنصر باتری نامیده می شود. اگر فرآیند معکوس امکان پذیر باشد، هنگامی که انرژی شیمیایی در عنصر تحت تأثیر جریان الکتریکی جمع می شود، چنین عنصری باتری نامیده می شود.

سلول گالوانیکی توسط الساندرو ولتا در سال 1800 اختراع شد. او از صفحات مس و روی آغشته به محلول نمک استفاده کرد. این نمونه اولیه باتری ها و باتری های مدرن شد.

انواع و ویژگی های جریان

پس از دریافت اولین الکتریسیته، این ایده به وجود آمد که این انرژی در یک فاصله معین منتقل شود و در اینجا مشکلاتی به وجود آمد. به نظر می رسد که الکترون هایی که از یک هادی عبور می کنند بخشی از انرژی خود را از دست می دهند و هر چه رسانا طولانی تر باشد، این تلفات بیشتر است. در سال 1826، جورج اهم قانونی را ایجاد کرد که رابطه بین ولتاژ، جریان و مقاومت را ردیابی می کند. به صورت زیر خوانده می شود: U=RI. در کلمات، معلوم می شود: ولتاژ برابر است با جریان ضرب در مقاومت هادی.

از معادله می توان دریافت که هر چه طول هادی که مقاومت را افزایش می دهد، جریان و ولتاژ کمتری خواهد داشت، بنابراین توان کاهش می یابد. از بین بردن مقاومت برای انجام این کار غیرممکن است، شما باید دمای هادی را به صفر مطلق کاهش دهید، که فقط در شرایط آزمایشگاهی امکان پذیر است. جریان برای برق ضروری است، بنابراین شما نمی توانید آن را نیز لمس کنید، تنها چیزی که باقی می ماند افزایش ولتاژ است.

برای پایان قرن نوزدهم، این یک مشکل غیر قابل حل بود. از این گذشته ، در آن زمان هیچ نیروگاهی وجود نداشت که جریان متناوب تولید کند ، هیچ ترانسفورماتور وجود نداشت. بنابراین، مهندسان و دانشمندان توجه خود را به رادیو معطوف کردند، هرچند که بسیار متفاوت از بی سیم مدرن بود. دولت های کشورهای مختلف منافع این تحولات را ندیدند و از چنین پروژه هایی حمایت نکردند.

برای اینکه بتوان ولتاژ را تغییر داد، کم یا زیاد کرد، جریان متناوب مورد نیاز است. در مثال زیر می توانید ببینید که چگونه این کار می کند. اگر سیم به شکل یک سیم پیچ بغلتد و آهنربا به سرعت داخل آن حرکت کند، جریان متناوب در سیم پیچ ایجاد می شود. این را می توان با اتصال یک ولت متر با علامت صفر در وسط به انتهای سیم پیچ تأیید کرد. فلش دستگاه به سمت چپ و راست منحرف می شود، این نشان می دهد که الکترون ها در یک جهت و سپس در جهت دیگر حرکت می کنند.

این روش تولید الکتریسیته را القای مغناطیسی می نامند. به عنوان مثال، در ژنراتورها و ترانسفورماتورها، دریافت و تغییر جریان استفاده می شود. با توجه به فرم آن جریان متناوب می تواند:

• سینوسی؛
• تکانشی؛
• راست شد.

انواع هادی ها

اولین چیزی که بر جریان الکتریکی تأثیر می گذارد رسانایی مواد است. این رسانایی برای مواد مختلف متفاوت است. به طور معمول، همه مواد را می توان به سه نوع تقسیم کرد:

• رهبر ارکستر؛
• نیمه هادی؛
• دی الکتریک

رسانا می تواند هر ماده ای باشد که آزادانه جریان الکتریکی را از خود عبور دهد. اینها شامل مواد سخت مانند فلز یا نیمه فلز (گرافیت) است. مایع - جیوه، فلزات مذاب، الکترولیت ها. این شامل گازهای یونیزه نیز می شود.

بر این اساس، هادی ها به دو نوع رسانایی تقسیم می شوند:

• الکترونیکی؛
• یونی

رسانایی الکترونیکی شامل تمام مواد و موادی است که از الکترون ها برای ایجاد جریان الکتریکی استفاده می کنند. این عناصر شامل فلزات و نیمه فلزات می شود. کربن نیز جریان را به خوبی هدایت می کند.

در هدایت یونی، این نقش را ذره ای ایفا می کند که بار مثبت یا منفی دارد. یون ذره ای است که یک الکترون از دست رفته یا اضافی دارد. برخی از یون ها از گرفتن یک الکترون "اضافی" مخالف نیستند، در حالی که برخی دیگر برای الکترون ها ارزش قائل نیستند و بنابراین آزادانه آنها را از بین می برند.

بر این اساس، چنین ذرات می توانند بار منفی یا بار مثبت داشته باشند. یک مثال آب نمک است. ماده اصلی آب مقطر است که عایق بوده و رسانای جریان نیست. وقتی نمک اضافه می شود، به الکترولیت، یعنی هادی تبدیل می شود.

نیمه هادی ها در حالت عادی خود جریانی را هدایت نمی کنند، اما هنگامی که در معرض تأثیرات خارجی (دما، فشار، نور و غیره) قرار می گیرند، شروع به هدایت جریان می کنند، البته نه به خوبی هادی ها.

تمام مواد دیگری که در دو نوع اول گنجانده نشده اند به عنوان دی الکتریک یا عایق طبقه بندی می شوند. در شرایط عادی، آنها عملا جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در مدار بیرونی الکترون ها بسیار محکم در مکان های خود نگه داشته می شوند و جایی برای الکترون های دیگر وجود ندارد.

هنگام مطالعه برق برای آدمک ها، باید به یاد داشته باشید که از تمام انواع مواد ذکر شده قبلی استفاده می شود. هادی ها عمدتا برای اتصال عناصر مدار (از جمله در ریز مدارها) استفاده می شوند. آنها می توانند یک منبع تغذیه را به یک بار (به عنوان مثال، سیم از یخچال، سیم کشی برق و غیره) وصل کنند. آنها در ساخت کویل ها استفاده می شوند که به نوبه خود می توانند بدون تغییر استفاده شوند، به عنوان مثال، روی تخته های مدار چاپی یا در ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورهای الکتریکی و غیره.

هادی ها پرتعدادترین و متنوع ترین هستند. تقریباً تمام قطعات رادیویی از آنها ساخته شده است. برای به دست آوردن یک وریستور، به عنوان مثال، می توان از یک نیمه رسانا (کاربید سیلیکون یا اکسید روی) استفاده کرد. قطعاتی وجود دارند که شامل هادی هایی با انواع مختلف هدایت هستند، به عنوان مثال، دیودها، دیودهای زنر، ترانزیستورها.

دو فلزی جایگاه ویژه ای را اشغال می کنند. ترکیبی از دو یا چند فلز است، که دارای درجات گسترش متفاوتی هستند. هنگامی که چنین قطعه ای گرم می شود، به دلیل درصد انبساط متفاوت تغییر شکل می دهد. به طور معمول در حفاظت جریان استفاده می شود، به عنوان مثال، برای محافظت از موتور الکتریکی در برابر گرمای بیش از حد یا خاموش کردن دستگاه هنگامی که به دمای تنظیم شده رسید، مانند اتو.

دی الکتریک ها عمدتاً یک عملکرد محافظتی دارند (به عنوان مثال، دسته های عایق بر روی ابزارهای برقی). آنها همچنین به شما امکان می دهند عناصر یک مدار الکتریکی را جدا کنید. برد مدار چاپی که قطعات رادیویی روی آن نصب شده اند از دی الکتریک ساخته شده است. سیم های سیم پیچ با لاک عایق پوشانده شده اند تا از اتصال کوتاه بین پیچ ها جلوگیری شود.

با این حال، یک دی الکتریک، هنگامی که یک هادی اضافه می شود، تبدیل به نیمه هادی می شود و می تواند جریان را هدایت کند. همین هوا در هنگام رعد و برق تبدیل به هادی می شود. چوب خشک هادی ضعیفی است، اما اگر خیس شود، دیگر ایمن نخواهد بود.

جریان الکتریکی نقش بسیار زیادی در زندگی انسان مدرن ایفا می کند، اما از سوی دیگر می تواند خطر مرگباری را به همراه داشته باشد. تشخیص آن، به عنوان مثال، در سیمی که روی زمین افتاده است، بسیار دشوار است. بنابراین هنگام استفاده از وسایل برقی باید بسیار احتیاط کرد.

بدن انسان در درجه اول از آب تشکیل شده است، اما آب مقطر نیست که دی الکتریک است. بنابراین، بدن تقریباً تبدیل به یک رسانای الکتریسیته می شود. پس از دریافت شوک الکتریکی، عضلات منقبض می شوند که می تواند منجر به ایست قلبی و تنفسی شود. با عمل بیشتر جریان، خون شروع به جوشیدن می کند، سپس بدن خشک می شود و در نهایت بافت ها زغال می شوند. اولین کاری که باید انجام دهید این است که جریان را متوقف کنید، در صورت لزوم، کمک های اولیه را ارائه دهید و با پزشکان تماس بگیرید.

ولتاژ ساکن در طبیعت رخ می دهد، اما اغلب خطری برای انسان ایجاد نمی کند، به استثنای رعد و برق. اما می تواند برای مدارها یا قطعات الکترونیکی خطرناک باشد. بنابراین هنگام کار با ریز مدارها و ترانزیستورهای اثر میدانی از دستبندهای زمینی استفاده می شود.

محتوا:

مفاهیم زیادی وجود دارد که نمی توان آنها را با چشمان خود دید یا با دستان خود لمس کرد. بارزترین مثال، مهندسی برق است که از مدارهای پیچیده و اصطلاحات مبهم تشکیل شده است. بنابراین، بسیاری از مردم به سادگی قبل از مشکلات مطالعه آینده این رشته علمی و فنی عقب نشینی می کنند.

اصول اولیه مهندسی برق برای مبتدیان که به زبانی قابل دسترس ارائه شده است به شما کمک می کند تا در این زمینه دانش کسب کنید. با پشتوانه حقایق تاریخی و مثال های روشن، آنها حتی برای کسانی که برای اولین بار با مفاهیم ناآشنا روبرو می شوند جذاب و قابل درک می شوند. با حرکت تدریجی از ساده به پیچیده، مطالعه مطالب ارائه شده و استفاده از آنها در فعالیت های عملی کاملاً امکان پذیر است.

مفاهیم و خواص جریان الکتریکی

قوانین و فرمول های الکتریکی نه تنها برای انجام هر گونه محاسبات مورد نیاز است. آنها همچنین مورد نیاز کسانی هستند که عملاً عملیات مربوط به برق را انجام می دهند. با دانستن اصول اولیه مهندسی برق می توانید به طور منطقی علت خرابی را تعیین کرده و خیلی سریع آن را برطرف کنید.

جوهر جریان الکتریکی حرکت ذرات باردار است که بار الکتریکی را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل می کنند. با این حال، با حرکت حرارتی تصادفی ذرات باردار، با الگوبرداری از الکترون‌های آزاد در فلزات، انتقال بار رخ نمی‌دهد. حرکت بار الکتریکی از طریق مقطع یک رسانا تنها در صورتی اتفاق می افتد که یون ها یا الکترون ها در یک حرکت منظم شرکت کنند.

جریان الکتریکی همیشه در جهت خاصی جریان دارد. حضور آن با علائم خاص نشان داده می شود:

• گرم کردن هادی که از طریق آن جریان جریان دارد.
• تغییر در ترکیب شیمیایی یک هادی تحت تأثیر جریان.
• اعمال نیرو بر جریان های مجاور، اجسام مغناطیسی و جریان های مجاور.

جریان الکتریکی می تواند مستقیم یا متناوب باشد. در حالت اول، تمام پارامترهای آن بدون تغییر باقی می مانند و در حالت دوم، قطبیت به طور دوره ای از مثبت به منفی تغییر می کند. در هر نیم چرخه، جهت جریان الکترون تغییر می کند. نرخ چنین تغییرات دوره ای فرکانس است که بر حسب هرتز اندازه گیری می شود

مقادیر جریان پایه

هنگامی که یک جریان الکتریکی در یک مدار رخ می دهد، انتقال بار ثابت از طریق مقطع هادی اتفاق می افتد. مقدار بار منتقل شده در یک واحد زمان معین را می گویند که در اندازه گیری می شود آمپر.

برای ایجاد و حفظ حرکت ذرات باردار، لازم است نیرویی در جهت خاصی به آنها وارد شود. اگر این عمل متوقف شود، جریان الکتریکی نیز متوقف می شود. این نیرو میدان الکتریکی نامیده می شود که به آن نیز می گویند. این است که باعث اختلاف پتانسیل یا ولتاژدر انتهای هادی قرار دارد و به حرکت ذرات باردار انگیزه می دهد. برای اندازه گیری این مقدار، از یک واحد ویژه استفاده می شود - ولت. رابطه مشخصی بین کمیت های اساسی وجود دارد که در قانون اهم منعکس شده است که به تفصیل مورد بحث قرار خواهد گرفت.

مهمترین ویژگی یک هادی که مستقیماً با جریان الکتریکی مرتبط است مقاومت، اندازه گیری شده در اوماها. این مقدار نوعی مقاومت هادی در برابر جریان جریان الکتریکی در آن است. در نتیجه تأثیر مقاومت، هادی گرم می شود. با افزایش طول هادی و کاهش سطح مقطع آن، مقدار مقاومت افزایش می یابد. مقدار 1 اهم زمانی رخ می دهد که اختلاف پتانسیل در هادی 1 ولت و جریان 1 آمپر باشد.

قانون اهم

این قانون به مفاد و مفاهیم اولیه مهندسی برق مربوط می شود. ارتباط بین مقادیری مانند جریان، ولتاژ، مقاومت و غیره را با بیشترین دقت نشان می دهد. تعاریف این مقادیر قبلاً در نظر گرفته شده است.

برای محاسبه این یا آن مقدار، باید از فرمول های زیر استفاده کنید:

1. قدرت جریان: I = U/R (آمپر).
2. ولتاژ: U = I x R (ولت).
3. مقاومت: R = U/I (اهم).

وابستگی این مقادیر، برای درک بهتر ماهیت فرآیندها، اغلب با ویژگی های هیدرولیک مقایسه می شود. به عنوان مثال، در پایین یک مخزن پر از آب، یک شیر با یک لوله در مجاورت آن نصب شده است. هنگامی که شیر باز می شود، آب شروع به جریان می کند زیرا بین فشار بالا در ابتدای لوله و فشار پایین در انتهای لوله تفاوت وجود دارد. دقیقاً همین وضعیت در انتهای هادی به شکل اختلاف پتانسیل - ولتاژ ایجاد می شود که تحت تأثیر آن الکترون ها در امتداد هادی حرکت می کنند. بنابراین، بر اساس قیاس، ولتاژ نوعی فشار الکتریکی است.

قدرت جریان را می توان با جریان آب مقایسه کرد، یعنی مقدار آبی که در یک دوره زمانی معین از سطح مقطع لوله می گذرد. با کاهش قطر لوله، جریان آب نیز به دلیل افزایش مقاومت کاهش می یابد. این جریان محدود را می توان با مقاومت الکتریکی یک رسانا مقایسه کرد که جریان الکترون ها را در محدوده خاصی نگه می دارد. برهمکنش جریان، ولتاژ و مقاومت مشابه ویژگی های هیدرولیک است: با تغییر در یک پارامتر، همه پارامترهای دیگر تغییر می کنند.

انرژی و توان در مهندسی برق

در مهندسی برق نیز مفاهیمی مانند انرژیو قدرتمربوط به قانون اهم انرژی خود به اشکال مکانیکی، حرارتی، هسته ای و الکتریکی وجود دارد. طبق قانون بقای انرژی، نمی توان آن را از بین برد یا ایجاد کرد. فقط می تواند از یک شکل به شکل دیگر تبدیل شود. به عنوان مثال، سیستم های صوتی، انرژی الکتریکی را به صدا و گرما تبدیل می کنند.

هر وسیله برقی مقدار مشخصی انرژی را در مدت زمان معینی مصرف می کند. این مقدار برای هر دستگاه جداگانه است و نشان دهنده قدرت است، یعنی مقدار انرژی که یک دستگاه خاص می تواند مصرف کند. این پارامتر با فرمول محاسبه می شود P = I x U، واحد اندازه گیری است. یعنی حرکت یک ولت از طریق مقاومت یک اهم.

بنابراین، اصول اولیه مهندسی برق برای مبتدیان به شما در درک مفاهیم و اصطلاحات اساسی در ابتدا کمک می کند. پس از این، استفاده از دانش به دست آمده در عمل بسیار آسان تر خواهد بود.

برق برای آدمک ها: اصول الکترونیک

این یک کار پیش پا افتاده نیست، به شما می گویم. :) به منظور تسهیل در یکسان سازی مواد، تعدادی از ساده سازی ها را معرفی کردم. کاملاً هذیانی و ضدعلمی، اما کم و بیش به وضوح جوهره فرآیند را نشان می دهد. تکنیک "الکتریک فاضلاب" با موفقیت خود را در آزمایشات میدانی ثابت کرده است و بنابراین در اینجا نیز استفاده خواهد شد. من فقط می خواهم به این نکته اشاره کنم که این فقط یک ساده سازی بصری است که برای حالت کلی و یک لحظه خاص برای درک ماهیت معتبر است و عملاً ربطی به فیزیک واقعی فرآیند ندارد. پس چرا؟ و برای اینکه راحت‌تر به خاطر بیاورم چه چیزی چیست و ولتاژ و جریان را با هم اشتباه نگیریم و بفهمم مقاومت چگونه بر همه اینها تأثیر می‌گذارد، در غیر این صورت من به اندازه کافی این را از دانش‌آموزان شنیده‌ام...

جریان، ولتاژ، مقاومت.

اگر یک مدار الکتریکی را با یک سیستم فاضلاب مقایسه کنید، منبع تغذیه مخزن تخلیه است، آب جاری جریان، فشار آب ولتاژ است، و رگه هایی که از طریق لوله ها هجوم می آورند، محموله است. هرچه مخزن بالاتر باشد، انرژی پتانسیل آب در آن بیشتر است و جریان فشاری قوی‌تر از لوله‌ها عبور می‌کند، که به این معنی است که بار اضافی می‌تواند شسته شود.
علاوه بر ضایعات جاری، جریان با اصطکاک در برابر دیواره‌های لوله‌ها مانع می‌شود و تلفات ایجاد می‌کند. هرچه لوله‌ها ضخیم‌تر باشند، تلفات کمتر می‌شود (هی گی حالا یادت می‌آید که چرا علاقه‌مندان به صدا از سیم‌های ضخیم‌تری برای آکوستیک قدرتمند خود استفاده می‌کنند؛)).
بنابراین، بیایید خلاصه کنیم. یک مدار الکتریکی حاوی منبعی است که اختلاف پتانسیل - ولتاژ - بین قطب های خود ایجاد می کند. تحت تأثیر این ولتاژ، جریان از طریق بار به جایی می رود که پتانسیل کمتر است. جریان جریان توسط مقاومت ایجاد شده توسط بار محموله و تلفات مانع می شود. در نتیجه، فشار تنش ضعیف تر می شود، مقاومت بیشتر می شود. خب حالا بیایید سیستم فاضلاب خود را در یک کانال ریاضی قرار دهیم.

قانون اهم

برای مثال ساده ترین مدار متشکل از سه مقاومت و یک منبع را محاسبه می کنیم. من مدار را نه همانطور که در کتاب های درسی روی TOE مرسوم است ترسیم می کنم، بلکه به نمودار مدار واقعی نزدیک تر می شوم، جایی که آنها نقطه پتانسیل صفر را می گیرند - بدنه، معمولاً برابر با منهای منبع است، و به علاوه یک نقطه در نظر گرفته می شود. با پتانسیل برابر با ولتاژ تغذیه. برای شروع، فرض می کنیم که ولتاژ و مقاومت را می دانیم، به این معنی که باید جریان را پیدا کنیم. بیایید تمام مقاومت ها را جمع کنیم (برای قوانین اضافه کردن مقاومت ها نوار کناری را بخوانید) تا بار کل را بدست آوریم و ولتاژ را بر نتیجه حاصل تقسیم کنیم - جریان پیدا شده است! حال بیایید ببینیم ولتاژ چگونه در هر مقاومت توزیع می شود. بیایید قانون اهم را برگردانیم و شروع به محاسبه کنیم. U=I*Rاز آنجایی که جریان در مدار برای تمام مقاومت های سری یکسان است، ثابت خواهد بود، اما مقاومت ها متفاوت خواهد بود. نتیجه این شد که منبع = U1 + U2 + U3. بر اساس این اصل، به عنوان مثال، می توانید 50 لامپ با ولتاژ 4.5 ولت را به صورت سری وصل کنید و به راحتی آنها را از یک پریز 220 ولت تغذیه کنید - حتی یک لامپ هم نمی سوزد. اگر یک مقاومت سنگین، مثلاً یک کیلوهم، را در وسط این بسته وارد کنید و دو مقاومت کوچکتر دیگر - یک اهم را بگیرید، چه اتفاقی می‌افتد؟ و از محاسبات مشخص می شود که تقریباً تمام ولتاژ در این مقاومت بزرگ کاهش می یابد.

قانون کیرشهوف

بر اساس این قانون، مجموع جریان های ورودی و خروجی از گره برابر با صفر است و جریان های وارد شده به گره معمولا با علامت مثبت و جریان های خارج شده با منهای مشخص می شوند. بر اساس قیاس با سیستم فاضلاب ما، آب از یک لوله قدرتمند به دسته ای از لوله های کوچک پراکنده می شود. این قانون به شما امکان می دهد تا مصرف جریان تقریبی را محاسبه کنید، که گاهی اوقات به سادگی هنگام محاسبه نمودارهای مدار ضروری است.

قدرت و تلفات
توان مصرفی در مدار به صورت حاصل ضرب ولتاژ و جریان بیان می شود.
P = U * I
بنابراین، هر چه جریان یا ولتاژ بیشتر باشد، قدرت بیشتر است. زیرا مقاومت (یا سیم‌ها) بار مفیدی انجام نمی‌دهند، سپس قدرتی که از آن خارج می‌شود به شکل خالص آن تلف می‌شود. در این مورد، توان را می توان از طریق قانون اهم به صورت زیر بیان کرد:
P= R * I 2

همانطور که می بینید، افزایش مقاومت باعث افزایش توان صرف شده برای تلفات می شود و اگر جریان افزایش یابد، تلفات به صورت درجه دوم افزایش می یابد. در مقاومت، تمام نیرو وارد گرمایش می شود. به همین دلیل، به هر حال، باتری ها در حین کار گرم می شوند - آنها همچنین دارای مقاومت داخلی هستند که بخشی از انرژی از بین می رود.
به همین دلیل است که علاقه مندان به صدا از سیم های مسی ضخیم با حداقل مقاومت برای سیستم های صوتی سنگین خود استفاده می کنند تا تلفات برق را کاهش دهند، زیرا جریان های قابل توجهی در آنجا وجود دارد.

یک قانون جریان کل در یک مدار وجود دارد، اگرچه در عمل هرگز برای من مفید نبوده است، اما دانستن آن ضرری ندارد، بنابراین مقداری کتاب درسی TOE (مبانی نظری مهندسی برق) را از شبکه بگیرید. بهتر است برای مدارس متوسطه، همه چیز در آنجا بسیار ساده تر و واضح تر توضیح داده شود - بدون رفتن به ریاضیات عالی.

امروزه هر کسی می تواند حتی بدون ترک خانه خود با اصول مهندسی برق آشنا شود. بهتر است این فعالیت هیجان انگیز را با آشنایی با یک نمودار الکتریکی ساده برای سیم کشی و اتصال کلیدها، پریزها و وسایل روشنایی در آپارتمان خود شروع کنید. چنین طرح هایی متعلق به راه حل های طراحی استاندارد هستند و به طور گسترده برای تامین برق اماکن استاندارد صنعتی و مسکونی و همچنین برای اتصال موقت به شبکه برق تعدادی از سایت های ساخت و ساز استفاده می شوند.

اولین (در عین حال بزرگترین و مهمترین) عنصر در یک زنجیره طولانی از تجهیزات برای سیم کشی برق معمولی مسکونی، تابلو برق است که برق از طریق یک قطع کننده مدار (یا فیوز دوشاخه) از تابلوی توزیع اصلی واقع شده به آن تامین می شود. در پلت فرم دسترسی پانل آپارتمان معمولاً شامل یک کنتور برق، چندین قطع کننده مدار، یک دستگاه جریان باقیمانده (RCD)، یک ریل DIN نصب و تعدادی اتوبوس کمکی است. از این پنل ورودی است که منبع تغذیه تمام اتاق های آپارتمان شما سازماندهی می شود.

چندین خط منبع تغذیه (تعداد آنها به تعداد اتاق ها و قدرت بارهای الکتریکی بستگی دارد) که از دو سیم - فاز و خنثی (یا سه، در صورت وجود خط زمین) تشکیل شده است) از طریق قطع کننده های مدار اختصاصی به اتاق های جداگانه هدایت می شوند. از آپارتمان

سیم کشی برق در سرتاسر آپارتمان با سازماندهی شاخه هایی از خط سیم کشی اصلی انجام می شود که برای اتصال مصرف کنندگان فردی - زنگ برق، گروه هایی از پریزها یا سوئیچ ها لازم است. برای این منظور از جعبه های توزیع نصب استفاده می شود که فنجان های پلاستیکی مجهز به دهانه های ورودی و خروجی سیم ها و درب هستند. در داخل جعبه ها ترمینال های پیچی مخصوصی برای اتصال سیم های نصب سوئیچ وجود دارد. اما به عنوان یک قاعده، سیم های داخل جعبه به سادگی پیچ خورده (به اصطلاح پیچ و تاب) و از یکدیگر عایق بندی می شوند (معمولاً با نوار الکتریکی یا لوله های جمع شونده حرارت پیچیده می شوند). همچنین استفاده از گیره (گیره واگو در کشور ما پرکاربرد است) و یا گیره اتصال PPE (کلاهک دارای فنر در داخل) نیز توصیه می شود.

لازم به ذکر است که کلیه مصرف کننده های برق داخلی (زنگ، انواع وسایل روشنایی به همراه کلید، لوازم خانگی، کولر و ...) به صورت موازی به سیم کشی آپارتمان متصل می شوند. با چنین طرح اتصال، نقص یا قطع اتصال یکی از این مصرف کنندگان باعث "قطع انرژی" دستگاه های باقی مانده نمی شود، که در صورت اتصال سری به یکدیگر اجتناب ناپذیر است. نمونه ای از اتصال سری عناصر جداگانه سیم کشی برق، اتصال هر وسیله روشنایی و سوئیچ آن است.

بدین ترتیب خطوط سیم کشی برق ابتدا به جعبه های توزیع واقع در هر اتاق متصل شده و تنها پس از آن به بارهای جداگانه (لوازم روشنایی با کلید، پریز و غیره) توزیع می شود.

از نمودار اتصال کلیدها و لامپ ها می بینیم که سیم های فاز (قرمز) و سیم های نول (آبی) به جعبه توزیع نزدیک شده و از آن منشعب می شوند. این سیم فاز خروجی (به هیچ عنوان خنثی!) است که باید به یکی از کنتاکت های سوئیچ وصل شود. سیم خنثی باید به محل تماس مشترک لامپ های سازنده لامپ برود. سیم هایی که از کلید می آیند (در شکل سبز رنگ) به کنتاکت مشترک هر یک از دو گروه لامپ لامپ مورد نظر متصل می شوند. لطفاً توجه داشته باشید که شکل یک نسخه از یک کلید دو کلید با دو گروه لامپ و یک نسخه از یک کلید تک کلید را نشان می دهد.

اتصال سوکت ها پس از جعبه توزیع به روشی ساده تر انجام می شود - هادی های فاز و خنثی (و زمین، در صورت وجود) مستقیماً به مخاطبین مربوطه (به طور تصادفی انتخاب شده) خود سوکت متصل می شوند. یک جفت از این هادی ها از یک خروجی از قبل متصل شده به خروجی دوم و در صورت لزوم به سومین خروجی هدایت می شود (این نوع اتصال، اتصال "حلقه" نامیده می شود).

بسیار مهم است که این واقعیت را در نظر بگیریم که با یک مدار موازی برای اتصال مصرف کنندگان، مجاز نیست تعداد کل آنها بالاتر از یک مقدار مشخص افزایش یابد. با منبع تغذیه موازی، هر وسیله برقی جدید اضافه شده (پریز جدید) بار روی بخشی از سیم کشی برق مشترک در کل آپارتمان را افزایش می دهد. در حداکثر مقدار جریان کل در مدار (در حالتی که همه دستگاه ها روشن هستند)، دستگاه حفاظت از جریان اضافه قطعاً کار خواهد کرد - همان قطع کننده مدار روی پانل که این خط از آن تغذیه می شود. او به سادگی این انشعاب را از مدار تغذیه عمومی آپارتمان جدا می کند.

اگر دستگاه شما اشتباه انتخاب شده باشد (مقدار بیش از حدی از جریان پاسخ اضافه بار دارد)، ممکن است عواقب آن بسیار فاجعه بارتر باشد - سیم ها ممکن است به سادگی قدرت جریان عبوری از آنها را تحمل نکنند و به دلیل گرمای بیش از حد آتش بگیرند.
به همین دلیل است که یادگیری نحوه انتخاب مدار شکن صحیح برای هر خط بار و محاسبه دقیق مقطع سیم های فعال در این خطوط بسیار مهم است.
به عنوان یک قاعده، در یک سیم کشی معمولی آپارتمان، یک سیم مسی با سطح مقطع 1.5 میلی متر مربع روی خطوط روشنایی و 2.5 میلی متر مربع بر روی خطوط سوکت گذاشته می شود.