Elektrická energie a Ohmův zákon: článek na blogu THERMOELEMENT

K analýze a výpočtu parametrů ohřívačů zpravidla používáme různé metody, zejména Ohmův zákon. Tento zákon se používá především k určení neznámých veličin jako např napětí, proudu, odporu a výkonu, které jsou připojeny k jednomu nebo více prvkům elektronického obvodu. Ohmův zákon je základní zákon teorie elektrických obvodů, který určuje lineární vztah mezi napětím, proudem a odporem. V tomto článku se pokusíme podrobně hovořit o Ohmově zákonu a jeho praktické aplikaci.

Ohmův zákon

Ohmův zákon je základní, hlavní a důležitý zákon teorie elektrických obvodů, který studuje vztah mezi napětím, proudem a odporem. Uvádí, že při konstantní teplotě je proud protékající obvodem přímo úměrný rozdílu napětí nebo potenciálu v tomto obvodu. V algebraickém tvaru V∝ I V=IR Kde I je proud protékající obvodem, měřený v ampérech. V je napětí aplikované na obvod, měřeno ve voltech. A R je konstanta úměrnosti nazývaná odpor, která se měří v ohmech. Tento odpor se také udává v kiloohmech, megaohmech atd. Ohmův zákon proto říká, že proud v obvodu je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu v tomto obvodu. Ohmův zákon lze aplikovat jak na jednotlivé části, tak na celý obvod. Matematicky, proud, I = V/R napětí, V = IR odpor, R = V/I

Ohmův zákonný trojúhelník

Jak je ukázáno níže, vztah mezi různými veličinami v Ohmově zákoně se nazývá Ohmův trojúhelník. Jedná se o jednoduchou metodu k popisu a také snadno zapamatovatelného vztahu mezi napětím, proudem a odporem.

Výše uvedený obrázek ukazuje trojúhelník Ohmova zákona, kde jednotlivé členy jako napětí, proud a odpor a jejich vzorce jsou reprezentovány ze základní rovnice Ohmova zákona. Na výše uvedeném obrázku je jeden parametr vypočítán ze zbývajících dvou parametrů. Lze tedy učinit závěr, že když je odpor vysoký, proud bude nízký a proud bude vysoký, když je odpor nízký, pro jakékoli použité napětí.

Elektrická energie

Elektrická energie udává rychlost, kterou se energie přenáší obvodem. Elektrický výkon se měří ve wattech. Tato energie je spotřebována, když napětí způsobí tok proudu v obvodu. Elektrická energie je tedy součinem napětí a proudu. Matematicky P = VI Podle Ohmova zákona V = IR a I = V/R Dosazení do výkonové rovnice P = i 2 R P = V 2 / R. Proto elektrický výkon, P = VI nebo I 2 R nebo V 2 / R Toto jsou tři základní vzorce pro nalezení elektrického výkonu v obvodu. Výkon lze tedy vypočítat, když je známa jedna z těchto dvou veličin.

Mocenský trojúhelník

Podobně jako trojúhelník Ohmova zákona, obrázek níže ukazuje výkonový trojúhelník, který ukazuje vztah mezi výkonem, napětím a proudem. Z tohoto obrázku jsou snadno zapamatovatelné rovnice pro jednotlivé parametry. Zaokrouhlete a skryjte měřený parametr a polohu zbývajících dvou parametrů dává rovnici pro nalezení skrytého nebo zaokrouhleného parametru, jak je znázorněno na obrázku níže.

Koláčový graf Ohmova zákona

Kromě výše uvedených dvou konceptů existuje další metoda pro určení parametrů obvodu pomocí Ohmova zákona, která je koláčový graf ohmova zákona. Pomocí koláčového grafu Ohmova zákona si můžete snadno zapamatovat všechny rovnice pro nalezení napětí, proudu, odporu a výkonu, které jsou potřeba ke zjednodušení elektrických obvodů, které mohou být jednoduché nebo složité.

Výše uvedený obrázek je koláčový graf, který ukazuje vztah mezi výkonem, napětím, proudem a odporem. Tato tabulka je rozdělena do čtyř bloků pro výkon, napětí, odpor a proud. Každý blok se skládá ze tří vzorců se dvěma známými hodnotami pro každý vzorec. Z diagramu můžeme použít kterýkoli ze tří dostupných vzorců k nalezení každého parametru v obvodu.

Grafické znázornění Ohmova zákona

Pro lepší pochopení tohoto konceptu je níže uvedeno experimentální uspořádání, ve kterém je zdroj proměnného napětí se šesti články (každý 2V) připojen k zatěžovacímu odporu pomocí přepínače napětí. K obvodu jsou také připojeny měřicí přístroje jako voltmetr a ampérmetr pro měření napětí a proudu v obvodu.

Nastavitelný zdroj napětí se zatěžovacím rezistorem Nejprve připojte 10 ohmový odpor a nastavte přepínač do polohy “1”. Poté ampérmetr ukazuje 0,2 A a voltmetr ukazuje 2 V, protože I = V/R, tj. I = 2/10 = 0,2 A. Poté změňte polohu přepínače na druhý článek, aby byla napájena zátěž 4 V a zaznamenejte hodnoty ampérmetru . Jak se volič postupně mění z první polohy na poslední, získáme aktuální hodnoty jako 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 1, 1,2 pro hodnoty napětí 2, 4, 6, 8, 10 a 12. . Podobně umístěte 20 ohmový odpor na místo 10 ohmového odporu a postupujte stejným způsobem jako výše. Dostaneme hodnoty proudu 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6 pro hodnoty napětí 2, 4, 6, 8, 10 a 12V. Vykreslete tyto hodnoty, jak je uvedeno níže.

Grafické znázornění Ohmova zákona
Ve výše uvedeném grafu je pro dané napětí proud menší, když je odpor větší. Uvažujme případ přiloženého napětí 12 V, kdy hodnota proudu je 1,2 A při odporu 10 ohmů a 0,6 ohmů při odporu 20 ohmů. Stejně tak při stejném proudu, čím větší odpor, tím větší napětí. Z výše uvedených výsledků vyplývá, že poměr napětí k proudu je konstantní, když je odpor konstantní. Proto je vztah mezi napětím a proudem lineární a sklon této lineární křivky je strmější, jak se zvyšuje odpor.

Příklad aplikace Ohmova zákona

Zvažte níže uvedený obvod, ve kterém je 6V baterie připojena k zátěži 6 ohmů. Ampérmetr a voltmetry jsou zapojeny do obvodu pro praktické měření proudu a napětí. Ale pomocí Ohmova zákona můžeme zjistit proud a výkon následovně.

Z Ohmova zákona V=IR I = G/R I = 6/6 I = 1 A Napájení, P = VI P = 6×1 P = 6 W Ale v praxi ampérmetr neukazuje přesnou hodnotu kvůli vnitřnímu odporu baterie. Zahrnutím vnitřního odporu baterie (za předpokladu, že baterie má vnitřní odpor 1 ohm), se aktuální hodnota vypočítá následovně.

Celkový odpor obvodu je 6+1=7 Ohmů. Proud, I = G/R I = 6/7 I = 0,85 XNUMX Ampere

Řetěz světlometů v autě

Obrázek níže ukazuje okruh světlometů osobního automobilu bez ovládacího okruhu. Aplikací Ohmova zákona můžeme zjistit proud procházející každou lampou. Obvykle je každá žárovka připojena paralelně k baterii, což umožňuje ostatním článkům svítit, i když je jeden z nich poškozen. K těmto paralelním svítilnám je napájena 12V baterie, přičemž svítilny mají odpor každá 2,4 (v tomto případě počítáno).

Celkový odpor obvodu je R = R1x R2/(R1 + R2), protože jsou zapojeny paralelně. R = 5,76/4,8 = 1,2 Potom je proud procházející obvodem roven I = V/R. I = 12/1,2 I = 10A. Proud procházející jednotlivou žárovkou je roven I1 = I2 = 5 A (kvůli stejným odporům).

Ohmův zákon pro obvody střídavého proudu

Obecně lze Ohmův zákon aplikovat i na obvody střídavého proudu. Pokud je zátěž indukční nebo kapacitní, pak se bere v úvahu i reaktance zátěže. Proto s určitými úpravami Ohmova zákona, aby se vzaly v úvahu účinky reaktance, může být aplikován na obvody střídavého proudu. Kvůli indukčnosti a kapacitě bude mít AC významný fázový úhel mezi napětím a proudem. A také odpor proti střídavému proudu se nazývá impedance a označuje se jako Z. Ohmův zákon pro obvody střídavého proudu je tedy dán jako E = IZ I = E/Z Z = E/I Kde E je napětí ve střídavém obvodu, I je proud, Z je impedance. Všechny parametry ve výše uvedené rovnici jsou prezentovány v komplexní formě, která zahrnuje fázový úhel. Podobně jako kruhový graf pro stejnosměrný obvod je níže uveden kruhový graf pro Ohmův zákon pro střídavý obvod.

Příklad Ohmova zákona (střídavé obvody)

Zvažte níže uvedený obvod, ve kterém je střídavá zátěž (kombinace odporové a indukční) připojena ke zdroji střídavého proudu 10 V, 60 Hz. Zátěž má odpor 5 ohmů a indukčnost 10 mH.

Potom hodnota impedance zátěže Z = R + jX _L Z = 5 + j (2∏ × f × L) Z = 5+ j (2×3,14×60×10×10-3) Z = 5 + j3,76 Ohm nebo 6,26 Ohm při fázovém úhlu -37,016 je proud procházející obvodem roven I = V/Z = 10/(5+ j3,76) = 1,597 A při fázovém úhlu -37,016
Pro výpočet parametrů sítě pro připojení ohřívačů můžete použít základní vzorce uvedené v tomto článku nebo jednoduše telefonicky zavolat našim specialistům ThermoElement a získat kompletní bezplatnou konzultaci a pomoc s výběrem potřebných parametrů ohřívače pro váš úkol vytápění.

Při instalaci systému energetické nezávislosti ve vaší domácnosti se setkáte s jednotkami měření, jako jsou „kilowatty (kW)“ a „kilowatthodiny (kWh). Na první pohled vypadají velmi podobně, ale jeden měří velikost vašeho systému z hlediska akumulované elektřiny a druhý měří výkon v průběhu času. Obě tyto veličiny jsou určujícími faktory při nákupu napájecích zařízení. Množství elektřiny, kterou může váš systém uložit, a maximální výkon, který může vydat, spolu souvisí. kW a kWh jsou však různé jednotky a obě mají významný vliv na plánování domácího systému napájení mimo síť. Pochopením rozdílů mezi těmito dvěma můžete přesně určit, co váš domov potřebuje a co očekávat od zakoupeného systému.

Kilowattů (kW)

Kilowatty jsou měrnou jednotkou pro výkon vašeho elektrického systému. Jeden kilowatt se rovná 1000 wattům. Waty jsou zase součinem voltů a ampérů. Protože počet wattů, které může průměrný generátor nebo záložní napájecí systém vyrobit, je tak velký, výrobci často měří výkon v kilowattech spíše než ve wattech. Jmenovitý výkon solárního generátoru (balíček solárního panelu a nabíjecí stanice) nebo záložního napájecího systému popisuje maximální množství elektřiny, které lze okamžitě dodat. Watty nebo kilowatty mohou také měřit množství elektřiny, které může solární panel přijmout za ideálních podmínek. Solární panely mají obvykle jmenovitý výkon měřený ve wattech. Panely EcoFlow mají výkon od 100 W do 400 W. Zde je ale důležité pamatovat na to, že se bavíme o maximálním množství sluneční energie, kterou může panel přijmout, když na něj dopadá přímé sluneční světlo ve správném úhlu, a dalších určujících faktorech. Solární panel zřídka produkuje 100 % svého jmenovitého výkonu – alespoň ne po celou dobu. Množství elektřiny, které může energetický systém vyrobit, závisí především na počtu solárních panelů, jejich příkonu a účinnosti a na podmínkách prostředí. Fotovoltaické prvky panelů, zachycující světlo, přeměňují sluneční paprsky na stejnosměrný proud. Čím více solárních panelů máte a čím vyšší je jejich příkon a účinnost, tím více energie můžete získat. Pamatujte však, že jmenovitý výkon není zaručený ani konstantní. Faktory prostředí, jako je stupeň zastínění panelů, úhel vzhledem ke slunci a počet hodin maximálního osvětlení, ovlivňují celkové množství elektřiny vyrobené panely. Počet solárních panelů, které můžete přidat do svého systému, je navíc omezený kvůli použití nabíjecí stanice s nimi (balíček solárního panelu a nabíjecí stanice se často nazývá solární generátor). Každý solární generátor má maximální kapacitu pro přeměnu a uložení stejnosměrného proudu přijímaného solárními panely. To je vyjádřeno výkonem solárního nabíjení. Například přenosná nabíjecí stanice EcoFlow DELTA 2 má maximální solární nabíjecí výkon 500 W. To znamená, že můžete připojit až dva 220W přenosné bifaciální solární panely s celkovým jmenovitým výkonem 440 W. Pokud k systému připojíte další solární panely, může dojít ke ztrátě energie, kterou akumulují. Připojení více panelů, než pro které je vaše instalace navržena, může poškodit solární panely a další součásti vyvážení systému a dokonce představovat zdravotní riziko.

• počet wattů nebo kW, které mohou vaše solární panely přijmout (výkon ve wattech krát počet panelů);
• stejnosměrný proud, který váš systém dokáže bezpečně převést a uložit (solární nabíjení);
• maximální výstupní výkon ve W nebo kW (AC výstupní výkon).

Výrobci vyjadřují všechny výše uvedené ukazatele ve wattech nebo kilowattech.

Kilowatthodiny (kWh)

Watty a kilowatty měří množství energie, kterou mohou solární panely přijmout, a maximální střídavý výkon solárního systému. Watthodiny (Wh) nebo kilowatthodiny (kWh) měří množství energie vyrobené za určité časové období.

Vzorec pro určení kWh je jednoduchý:

víkend kW * provozní hodiny = kWh

Když mluvíme o solárních energetických systémech, přenosných elektrárnách a solárních generátorech, nejčastěji používáme k měření energetické náročnosti „kilowatthodiny“.

Například nabíjecí stanice EcoFlow DELTA Pro má kapacitu 3,6 kWh, lze ji však rozšířit až na 25 kWh. Tato nabíjecí stanice se také připojuje k elektrické síti vašeho domova pro zálohování energie pro celý váš domov. Se solárním nabíjecím výkonem až 3200 W se stanice DELTA Pro může stát hlavním generátorem energie pro celý domov a zajistit jeho autonomní provoz na dlouhou dobu.

Rozdíly mezi kW a kWh

Jak bylo uvedeno výše, v solárních generátorech (sady solárních panelů a nabíjecích stanic) měří kW maximální výkon a kapacitu výroby energie a kWh měří maximální množství elektřiny, které lze uložit.

Při výběru solárního systému pro váš dům je třeba určit celkový výkon elektrospotřebičů, systémů HVAC atd., které budou současně využívány. Před spuštěním zařízení také zvažte přepětí.

1. Zkontrolujte požadavky na napájení vašich spotřebičů. Prostudujte si požadavky na startovací a provozní výkon zařízení a zařízení, která plánujete připojit ke generátoru. Obvykle jsou takové požadavky uvedeny na samotných zařízeních, ale navíc jsme shromáždili údaje o startovacích a provozních výkonech oblíbených domácích spotřebičů v tabulce níže.
2. Převeďte volty/ampéry na watty. Pokud jsou požadavky na energii vašeho spotřebiče vyjádřeny ve voltech nebo ampérech, můžete vypočítat výkon spotřebiče ve wattech pomocí vzorce: Volty (V) * Ampéry (A) = Watty (W).
3. Určete provozní výkon vašich spotřebičů. Sečtěte spotřebu spotřebičů, které plánujete používat, a zjistěte, zda jejich celkový výkon nepřekračuje hodnotu uvedenou na nabíjecí stanici. Pokud ano, zvažte zakoupení sady solárního panelu a nabíjecí stanice s vyšším výkonem.
4. Zvažte požadavky na startovací výkon. Určete zařízení s nejvyšším startovacím výkonem. Přidejte startovací výkon tohoto spotřebiče k celkovému provoznímu výkonu.
5. Vypočítejte částku. Výsledná hodnota bude celkový startovací výkon požadovaný vaší nabíjecí stanicí. Aby nedošlo k přetížení stanice, nepřekračujte její startovací výkon. Startovací a provozní výkon oblíbených domácích spotřebičů
6. Určete, kolik elektřiny potřebujete (kW) a na jak dlouho (kWh). Jen tak se můžete informovaně rozhodnout o nákupu solárního systému, který je pro vás ten pravý.

Solární energetika využívá jednotky kW a kWh, jejichž význam a rozdíl je nutné pochopit, abychom mohli inteligentně přistupovat k volbě systému energetické nezávislosti. Watty (W) a kilowatty (kW) jsou jednotky měření výstupního výkonu systému. Kilowatthodiny (kWh) měří spotřebu a skladování elektřiny v čase, neboli energetickou náročnost systému, která se vypočítá vynásobením spotřeby energie (kW) dobou používání systému (h).