電流、電圧、電力：電気の基本特性

電流、電圧、電力：電気の基本特性電気は人間のニーズを満たすために長い間使用されてきましたが、目に見えず、感覚によって認識されないため、理解するのが困難です。電気プロセスの説明を簡単にするために、電気プロセスは移動する流体の水圧特性と比較されることがよくあります。

たとえば、彼女は電信で私たちのアパートに来ます。電気エネルギー遠隔の発電機から、また圧力ポンプから水道水を供給します。ただし、スイッチを押すと照明が消え、水栓を閉めると蛇口から水が出なくなります。仕事をするには、スイッチをオンにして蛇口を開ける必要があります。

ワイヤーを通る自由電子の指向性の流れが電球のフィラメントに突入し（電流が流れ）、光が放射されます。蛇口から出た水はシンクに流れていきます。

この類推により、定量的特性を理解し、電流の強さを液体の移動速度に関連付けたり、他のパラメータを推定したりすることも可能になります。

主電源電圧は、液体ソースの潜在的なエネルギーと比較されます。たとえば、パイプ内のポンプからの油圧が増加すると、流体の動きが高速になり、電圧（または位相 - 入力ワイヤと動作ゼロ - 出力の電位差）が増加します。電球の白熱、つまり放射の強度が増加します。

電気回路の抵抗は、油圧の流れの制動力と比較されます。流量は次の影響を受けます。

液体の粘度;
チャンネルの詰まりと断面の変化。（水栓の場合は調節弁の位置）

電気抵抗の値は、いくつかの要因の影響を受けます。

導体内の自由電子の存在を決定し、影響を与える物質の構造抵抗;
電流導体の断面積と長さ。
温度。

電力は水力学の流れの潜在エネルギーとも比較され、単位時間あたりに行われる仕事から推定されます。電気製品の電力は、引き出される電流と印加電圧 (AC 回路および DC 回路の場合) によって表されます。

電気のこれらすべての特性は、電流、電圧、電力、抵抗の定義を与え、それらの相互関係を数学的手法で説明した有名な科学者によって研究されました。

電気エネルギーの基本特性

次の表は、特定の回路の性能を分析するために使用できる AC 回路と DC 回路の一般的な関係を示しています。

それらの使用例をいくつか見てみましょう。

例1。抵抗と電力の計算方法

照明回路に電力を供給するために電流制限器を選択するとします。オンボードネットワークの供給電圧«U»は24ボルト、消費電流«I»は0.5アンペアであり、これを超えてはなりません。オームの法則の式(9)に従って、抵抗«R»を計算します。 R = 24 / 0.5 = 48 オーム。

一見すると、抵抗の値が決まります。しかし、これでは十分ではありません。 sema を確実に動作させるには、消費電流に応じて電力を計算する必要があります。

ジュール・レンツの法則の作用により、有効電力《P》は電線に流れる電流《I》と印加電圧《U》に正比例し、この関係は表の式(11)で表されます。下。

計算します: P = 24×0.5 = 12 W。

式 (10) または (12) を使用しても同じ値が得られます。

消費電流によって抵抗器の電力を計算すると、選択した回路では 48 オームおよび 12 W の抵抗を使用する必要があることがわかります。電力が低い抵抗器は適用された負荷に耐えられず、発熱して焼損します。時の流れとともに。

この例は、負荷電流とネットワーク電圧がユーザーの電力に与える影響の依存性を示しています。

例2。電流の計算方法

キッチンの家庭用電化製品に電力を供給することを目的としたソケットのグループの場合、保護回路ブレーカーを選択する必要があります。パスポートデータによると、デバイスの電力は2.0、1.5、0.6 kWです。

答え。アパートメントでは 220 ボルトの単相 AC ネットワークを使用しています。同時に動作するように接続されているすべてのデバイスの合計電力は、2.0 + 1.5 + 0.6 = 4.1 kW = 4100 W になります。

式 (2) を使用して、消費者のグループの合計電流を決定します: 4100/220 = 18.64 A。

最も近い定格の回路ブレーカーのトリップ率は 20 アンペアです。私たちはそれを選びます。 16 A より低い値のマシンは過負荷により永久にシャットダウンします。

交流における電気回路のパラメータの違い

単相ネットワーク

電気機器のパラメータを分析するときは、工業用周波数の影響によりコンデンサに容量性負荷が現れる場合（電流ベクトルを90度シフトする）、交流回路での動作の特殊性を考慮する必要があります。コイルの巻線では誘導性 (電流は電圧より 90 度遅れています)。電気工学では、それらは無効負荷と呼ばれます...これらが一緒になって、有益な仕事をしない無効電力損失«Q»を生成します。

アクティブ負荷では、電流と電圧の間に位相シフトはありません。

このようにして、交流回路の電気機器の電力の有効値に無効成分が追加され、これにより総電力が増加します。これは通常フルと呼ばれ、インデックス«S»で示されます。

単相ネットワークにおける交流正弦波電流