Лабораторная работа 2 Проект электрической проводки в квартире. Теоретическая часть
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 2 Проект электрической проводки в квартире. Теоретическая часть. Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы. Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) и силе тока в цепи. Для измерения мощности электрического тока принята единица, называемая ватт (Вт). Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В. Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нужно силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах. Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы P = I*U. (1) Воспользуемся этой формулой для решения числового примера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы: Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт. Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно. В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотношением из закона Ома: U=IR и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U. Тогда формула (1) примет вид: P = I*U =I*IR или Р = I2*R. (2) Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем: P= I2*R = (0,5)2*5 =0,25*5 = 1,25 Вт. Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том случае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид: Р = I*U=U2/R (3) Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопротивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна: Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома. Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды. P = A/t Что такое сила тока Э  лектрический ток представляет собой направленное движение электрических зарядов. Величина тока определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.Одним количеством электричества, проходящим по проводнику, мы еще не можем полностью охарактеризовать электрический ток. Действительно, количество электричества, равное одному кулону, может проходить по проводнику в течение одного часа, и тоже самое количество электричества может быть пропущено по нему в течение одной секунды. Интенсивность электрического тока ко втором случае будет значительно больше, чем в первом, так как то же самое количество электричества проходит в значительно меньший промежуток времени. Для характеристики интенсивности электрического тока количество электричества, проходящее по проводнику, принято относить к единице времени (секунде). Количество электричества, проходящее по проводнику в одну секунду, называется силой тока. В качестве единицы силы тока в системе принят ампер (а). Сила тока - количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду. Сила тока обозначается английской буквой I. Ампер — единица силы электрического тока (одна из основных единиц СИ), обозначается А. 1 А равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2•10–7 Н на каждый метр длины. Сила тока в проводнике равна одному амперу, если ежесекундно через поперечное сечение его проходит один кулон электричества. Ампер - сила электрического тока, при котором через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит количество электричества, равное одному кулону: 1 ампер = 1 кулон/1 секунду. Часто применяют вспомогательные единицы: 1 миллиампер (ма) = 1/1000 ампер = 10-3 ампер, 1 микроампер (мка) = 1/1000000 ампер = 10-6 ампер. Если известно количество электричества, прошедшее через сечение проводника за некоторый промежуток времени, то силу тока можно найти по формуле: I=q/t Если в замкнутой цепи не имеющей разветвлений, проходит электрический ток, то через любое поперечное сечение (в любом месте цепи) проходит в секунду одно и тоже количество электричества, независимо от толщины проводников. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в каком-нибудь месте проводника. Следовательно, сила тока в любом месте электрической цепи одинакова. В сложных электрических цепях с различными ответвлениями это правило (постоянство тока во всех точках замкнутой цепи) остается, конечно, справедливым, но оно относится только к отдельным участкам общей цепи, которые могут рассматриваться как простые. Измерение силы тока Для измерения силы тока служит прибор, который называется амперметром. Для измерения очень малых сил тока применяются миллиамперметры и микроамперметры, или гальванометры. На рис. 1. показано условное графическое изображение амперметра и миллиамперметра на электрических схемах.  Рис. 1. Условные обозначения амперметра и миллиамперметра  Рис. 2. Амперметр Для того, чтобы измерит силу тока нужно включить амперметр в разрыв цепи (см. рис. 3). Измеряемый ток проходит от источника через амперметр и приемник. Стрелка амперметра показывает силу тока в цепи. Где именно включить амперметр, т. е. до потребителя (считая по направлению тока) или после него, совершенно безразлично, так как сила тока в простой замкнутой цепи (без разветвлений) будет одинакова во всех точках цепи.  Рис. 3. Включение амперметра Иногда ошибочно считают, что амперметр, включенный до потребителя, будет показывать большую силу тока, чем включенный после потребителя. В этом случае считают, что «часть тока» тратится в потребителе для приведения его в действие. Это, конечно, неверно, и вот почему. Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой электромагнитный процесс, сопровождаемый упорядоченным движением электронов по проводнику. Однако энергия переносится не электронами, а электромагнитным полем, окружающим проводник. Через любое поперечное сечение проводников простой электрической цепи проходит в точности одно и то же количество электронов. Какое количество электронов вышло от одного полюса источника электрической энергии, такое же количество их пройдет через потребитель и, конечно, поступит к другому полюсу, источника, ибо электроны как материальные частички израсходоваться при своем движении не могут.  Рис. 4. Измерение силы тока с помощью мультиметра В технике встречаются очень большие силы тока (тысячи ампер) и очень маленькие (миллионные доли ампера). Например, сила тока электрической плитки примерно 4 - 5 ампер, лампы накаливания - от 0,3 до 4 ампер (и больше). Ток, проходящий через фотоэлементы, составляет всего несколько микроампер. В главных проводах подстанций, дающих электроэнергию для трамвайной сети, сила тока достигает тысяч ампер. Электрическое напряжение. Мы знаем, что электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Это движение создается электрическим полем, которое при этом совершает работу. Работу электрического поля, создающего ток, называют работой тока: A — работа тока. Эта работа может быть разной на разных участках цепи, но на каждом из них она пропорциональна заряду, проходящему через него. Физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку заряда 1 Кл, называется электрическим напряжением (или просто напряжением) на этом участке. Пусть, например, при перемещении вдоль участка цепи заряда q = 2 Кл была совершена работа A = 10 Дж. Для перемещения заряда 1 Кл потребовалась бы работа, в 2 раза меньшая. Разделив 10 Дж на 2 Кл, получим 5 Дж/Кл. Это и есть напряжение на данном участке. Обозначается оно буквой U: U — напряжение. Итак, чтобы найти напряжение U на данном участке цепи, надо работу тока A разделить на заряд q, прошедший по этому участку. U = A/q (11.1) Единица электрического напряжения называется вольтом (В) в честь А. Вольты, сконструировавшего первый источник тока. 1 В — это такое напряжение, при котором электрическое поле при перемещении вдоль участка цепи заряда 1 Кл совершает работу 1 Дж. Если же, например, напряжение на каком-то участке равно 10 В, то это означает, что при перемещении по нему заряда 1 Кл совершается работа 10 Дж. Кроме вольта, на практике применяют и другие (кратные и дольные) единицы напряжения, например киловольт и милливольт: 1 кВ= 1000 В, 1 мВ=0,001 В. Прибор для измерения напряжения называется вольтметром. Существуют разные конструкции вольтметров. Школьный демонстрационный вольтметр изображен на рисунке 30. На этом же рисунке приведено его условное обозначение. При включении вольтметра в цепь необходимо соблюдать следующие правила: 1) зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение (параллельно соответствующему участку цепи); 2) клемму вольтметра со знаком « + » следует соединять с той точкой участка цепи, которая соединена с положительным полюсом источника тока, а клемму со знаком «–» — с точкой, которая соединена с отрицательным полюсом источника тока. Если требуется измерить напряжение на источнике тока, то вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам (рис. 31). В других случаях, например при измерении напряжения на лампе, это делают так, как показано на рисунке 32.  Законы Ома и Кирхгофа Закон Ома для всей цепи выражает соотношение между электродвижущей силой (ЭДС), сопротивлением и током. Согласно этому закону ток в замкнутой цепи равен ЭДС источника деленной на сопротивление всей цепи:  , (1.19)где I – ток, протекающий по цепи; E – ЭДС, генератора, подключенного к электрической цепи; Rг – сопротивление генератора; Rц – сопротивление цепи. Закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению между началом и концом участка и обратно пропорционален сопротивлению участка. Аналитически закон выражается в следующем виде:  , (1.20)где I – ток, протекающий на участке цепи; R – сопротивление участка цепи; U – напряжение на участке цепи. Обобщенный закон Ома. Сила тока в контуре цепи прямо пропорциональна алгебраической сумме ЭДС всех источников цепи и обратно пропорциональна арифметической сумме всех активных сопротивлений цепи.  , (1.21)где m и n – количество источников и резисторов в контуре цепи. При алгебраическом суммировании со знаком “плюс” берутся те ЭДС, направление которых совпадает с направлением тока, а со знаком “минус”– те ЭДС, направление которых не совпадает с направлением тока. Первый закон Кирхгофа. Электрические цепи подразделяют на неразветвленные и разветвленные. На рис. 1.10 представлена простейшая разветвленная цепь.  Рис. 1.10 Схема разветвленной цепи. Разветвленной называется такая электрическая цепь, в которой ток от какого-либо источника может идти по различным путям и, в которой, следовательно, имеются точки, где сходятся два и более проводников. Эти точки называютузлами. Токи, текущие к узлу считаются имеющими один знак, а от узла – другой. Учитывая это правило для схемы, изображенной на рис. 1.11,а можно записать  или .Для цепи, имеющей n ветвей, сходящихся в одном узле, имеем:  , (1.22)т.е. алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в любом узле, равна нулю.  Рис. 1.11 Схема поясняющая законы Кирхгофа. Физически первый закон Кирхгофа означает, что движение зарядов в цепи происходит так, что ни в одном из узлов они не скапливаются. Второй закон Кирхгофа устанавливает связь между ЭДС, токами и сопротивлениями в любом замкнутом контуре, который можно выделить в рассматриваемой цепи. В соответствии со вторым законом Кирхгофа алгебраическая сумма ЭДС, действующих в любом контуре разветвленной электрической цепи, равна алгебраической сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура  , (1.23)Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.11,б. Обозначим стрелкой направление обхода контура. При составлении уравнений будем брать со знаком “плюс” те ЭДС и падения напряжений, направления которых совпадают с направлением обхода контура и со знаком “минус” те, которые направлены против обхода. Для цепи, изображенной на рис. 1.11,б второй закон Кирхгофа запишется в следующем виде:  .Лабораторная работа № 3 Проект электрической проводки в квартире. Цель работы: Создание проекта электропроводки по заданной мощности. ( у каждого студента свой проект и расчеты) Нам предстоит обеспечить свою квартиру электричеством с нуля, так как имеется только электрический щиток в подъезде и питающий кабель от него, торчащий из под пола около входной двери. С чего нам начинать, столь серьезную работу? Конечно же, с разработки проекта! Мы решили описать наши действия по созданию проекта электроснабжения своей однокомнатной квартиры по шагам. ( у каждого свой проект и расчеты) Что необходимо знать для создания оптимальной схемы электроснабжения В первую очередь нам нужно выяснить всех потребителей электроэнергии, и какая им требуется мощность. Затем определить какой тип кабеля и куда следует прокладывать. То есть, получим примерную схему нашей будущей электропроводки, на схеме приблизительный план электропроводки, которую будем рассчитывать.                      Перед Вами таблица потребляемой мощности бытовых электроприборов:  Потребляемая мощность/Сила тока/Сечение жил кабеля (провода)
Определяем место установки электросчетчика. В зависимости от серии дома, это может быть лестничная клетка или квартира. Для каждой комнаты квартиры, включая балкон и санузел, определяем планируемое оборудование, его потребляемую мощность (по паспорту) и точное место установки. Из оборудования выделяем устройства мощностью более 1500 Вт. К ним нужно подвести отдельные линии электропитания. Разбираемся с освещением. Выясняем, основное (потолочное) и дополнительное (бра, торшеры) освещение. Количество светильников и расположение выключателей. Для выключателей точно определяем места их установки Выбираем способ выполнения разводки электропроводки квартиры: скрытая проводка в полу, скрытая проводка в стенах, открытая проводка в кабель каналах, проводка за подвесным или подшивным потолком. На проект электроснабжения квартиры наносим определенные ранее места установки квартирного щита, розеток, всех светильников и выключателей. Расчетная часть: Этап расчетная часть говорит сам за себя – начинаем считать. Проект электроснабжения квартиры должен выполняться на основе следующих расчетов: Расчет электрических нагрузок; Выбираем сечения проводников каждой групповой цепи квартиры; Выбираем автоматы защиты и другие устройства, защитные устройства каждой цепи. Производится расчет автоматов защиты. Электрическая принципиальная схема: На принципиальной электрической схеме должны быть указаны: Количество розеток; Длинна линий электропроводки; Автоматы защиты; Электроприборы (бытовые); Осветительные приборы; Задания: Рассчитать длину провода. Рассчитать потребляемую мощность. Рассчитать автоматы защиты по группам. Заполнить таблицу. План электропроводки в квартире (по примеру) Вывод.
В выводе описываем: Количество групп. Общая потребляемая мощность. Размер предохранителей. Сила тока в квартире. Контрольные вопросы: 1.Мощность тока. 2. Сила тока. 3. Напряжение. 4. Законы Ома и Кирхгофа. |