Электричество обозначения: расшифровка графических и буквенно-цифровых обозначений

Содержание

Условные обозначения на шкалах электроизмерительных приборов

Задумайтесь: что вам прежде всего хотелось бы понять, когда вы смотрите на измерительный прибор? Скорее всего, это будет его назначение. «Если оно похоже на утку, двигается как утка и крякает как утка, то это, должно быть, и есть утка». Но с техническими приборами задача резко усложняется. Легко по внешнему виду узнать весы, какими бы они ни были: рычажными, пружинными, или электронными. Можно прикинуть, что если измерительный прибор круглый и расположен вертикально, то, наверное, он измеряет какие-то параметры жидкости или газа, из которых первыми приходят в голову расход и давление. Конечно, мы так или иначе представляем счетчики электрической энергии. Но что, если мы зайдем в электротехническую лабораторию или трансформаторную будку?

Электричество – вещь необыкновенная. Оно невидимо, но может совершать колоссальную работу и обладает рядом параметров со своими единицами измерения:

  • Напряжение: В или V – вольт
  • Ток: А - ампер
  • Мощность:
  • Активная: Вт или W – ватт
  • Реактивная: вар или var
  • Полная: В·А или VA – вольт-ампер
  • Коэффициент активной и реактивной мощности: безразмерная величина
  • Энергия: кВт·ч или kWh – киловатт-час, реже – Дж или J - джоуль
  • Угол сдвига фаз между током и напряжением: ° - градусы, от -90° до +90°
  • Количество фаз: в квартирах – 1, в трансформаторных подстанциях и электрощитах – 3, в некоторых электроприемниках (например, компьютерах) количество фаз может доходить до 24
  • Частота: Гц или Hz – герц.

Электричество передается по проводникам и преобразовывается различными электроустановками, у которых есть свои характеристики:

  • Сопротивление: активное и реактивное, а также полное, называемое импедансом - Ом
  • Емкость: Ф или F - фарад
  • Индуктивность: Гн или H - генри
  • Магнитная индукция: Тл или T - тесла

Соответственно, каждый параметр требует своего измерительного прибора. Например, прибор для измерения постоянного тока может не подходить для измерения переменного. Или прибор может не выдержать прикладываемого напряжения, хотя может выдержать измеряемый ток. Для этого рядом со шкалой наносят условные обозначения, которые зафиксированы в

ГОСТ 23217-78. Приведем некоторые из них. Начнем с тока:

Рис.1 - Условные обозначения тока

Перейдем к классам испытательного напряжения: это напряжение, которое может выдержать изоляция данного прибора. Если измеряется в кВ – киловольтах, т.е. тысячах вольт, то значение указывается внутри звездочки.

Рис.2 - Условные обозначения классов испытательного напряжения

Далее посмотрим на условные обозначения принципа действия аналоговых измерительных приборов, то есть приборов, в которых значение измерения может принять любое значение в пределах шкалы, грубо говоря, это «стрелочные» приборы. О том, каким образом происходит преобразование электрической величины в показания прибора, говорилось в этой статье.

Надо обращать внимание на приведенные ниже символы, когда дело касается рода тока или напряжения: постоянные они или переменные. Например, магнитоэлектрическим прибором измеряют постоянные величины. Если этими приборами измерять переменный ток, стрелка начнет дрожать около нулевого показания шкалы. Электромагнитными приборами могут измеряться как постоянные, так и переменные величины.

Ферродинамические приборы менее точны, но зато просты и могут использоваться в щитах, расположенных в местах с повышенной тряской и вибрациями. Индукционные приборы применялись во времена СССР как счетчики электрической энергии. Электростатические приборы имеют высочайшие классы точности (0.005) и выпускаются на напряжения в милливольты и киловольты.


Рис.3 - Обозначение приборов

Класс точности прибора помещают в круг на циферблате, записывают перед ГОСТом или через дробную черту вроде 0,02/0,01. Для определения погрешности с помощью значений класса точности используют определенные формулы, которые находятся в справочниках или ГОСТ 8.401-80.  И, конечно, надо отметить знаки  и ⊥, что означает соответственно положение (шкалы) прибора горизонтально и вертикально.

Рис.4,5 - Панель приборов

Огромное количество производителей и колоссальное разнообразие моделей цифровых электроизмерительных приборов не позволяет в этой статье охватить весь спектр их обозначений, но общие принципы просты: главное – правильно выбрать род тока или напряжения и предел измерения, и, разумеется, соблюдать технику безопасности. О цифровых приборах, которыми мы пользуемся в «ТМРсила-М», читайте здесь.

Как видно, электрические измерения – ответственная работа, требующая понимания метрологии, электротехники, а также электроники и магнитных систем. Если вы хотите провести качественные электрофизические измерения, обращайтесь к специалистам в «ТМРсила-М». 

 

 

Обозначения физических величин

Величины

Наименование

Обозначение

Механические величины

Вес

G, P, W

Время

t

Высота

h

Давление

p

Диаметр

d

Длина

l

Длина пути

s

Импульс (количество движения)

p

Количество вещества

ν, n

Коэффицент жесткости (жесткость)

Ʀ

Коэффицент запаса прочности

Ʀ, n

Коэффицент полезного действия

η

Коэффицент трения качения

Ʀ

Коэффицент трения скольжения

μ, f

Масса

m

Масса атома

ma

Масса электрона

me

Механическое напряжение

σ

Модуль упругости (модуль Юнга)

E

Момент силы

M

Мощность

P, N

Объем, вместимость

V, ϑ

Период колебания

T

Плотность

ϱ

Площадь

A, S

Поверхностное натяжение

σ, γ

Постоянная гравитационная

G

Предел прочности

σпч

Работа

W, A, L

Радиус

r, R

Сила, сила тяжести

F, Q, R

Скорость линейная

ϑ

Скорость угловая

ώ

Толщина

d, δ

Ускорение линейное

a

Ускорение свободного падения

g

Частота

ν, f

Частота вращения

n

Ширина

b

Энергия

E, W

Энергия кинетитеская

EƦ

Энергия потенциальная

Ep

Акустические величины

Длина волны

λ

Звуковая мощность

P

Звуковая энергия

W

Интенсивность звука

I

Скорость звука

c

Частота

ν, f

Тепловые величины и величины молекулярной физики
Абсолютная влажность

a

Газовая постоянная (молярная)

R

Количество теплоты

Q

Коэффицент полезного действия

η

Относительная влажность

ϕ

Относительная молекулярная масса

Mr

Постоянная (число) Авогадро

NA

Постоянная Больцмана

Ʀ

Постоянная (число) Лошмидта

NL

Температура Кюри

TC

Температура па шкале Цельсия

t, ϴ

Температура термодинамическая (абсолютная температура)

T

Температурный коэффицент линейного расширения

a, ai

Температурный коффицент объемного расширения

β, av

Удельная теплоемкость

c

Удельная теплота парообразования

r

Удельная теплота плавления

λ

Удельная теплота сгорания топлива (сокращенно: теплота сгорания топлива)

q

Число молекул

N

Энергия внутренняя

U

Электрические и магнитные величины

Диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическая постоянная)

Ԑo

Индуктивность

L

Коэффицент самоиндукции

L

Коэффицент трансформации

K

Магнитная индукция

B

Магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоянная)

μo

Магнитный поток

Ф

Мощность электрической цепи

P

Напряженность магнитного поля

H

Напряженность электрического поля

E

Объемная плотность электрического заряда

ϱ

Относительная диэлектрическая проницаемость

Ԑr

Относительная магнитная проницаемость

μr

Плотность эенгии магнитного поля удельная

ωm

Плотность энергии электрического поля удельная

ωэ

Плотность заряда поверхностная

σ

Плотность электрического тока

J

Постоянная (число) Фарадея

F

Проницаемость диэлектрическая

ԑ

Работа выхода электрона

ϕ

Разность потенциалов

U

Сила тока

I

Температурный коэффицент электрического сопротивления

a

Удельная электрическая проводимость

γ

Удельное электрическое сопротивление

ϱ

Частота электрического тока

f, ν

Число виток обмотки

N, ω

Электрическая емкость

C

Электрическая индукция

D

Электрическая проводимость

G

Электрический момент диполя молекулы

p

Электрический заряд (количество электричества)

Q, q

Электрический потенциал

V, ω

Электрическое напряжение

U

Электрическое сопротивление

R, r

Электродвижущая сила

E, Ԑ

Электрохимический эквивалент

Ʀ

Энергия магнитного поля

Wm

Энергия электрического поля

Wэ

Энергия Электромагнитная

W

Оптические величины

Длина волны

λ

Освещенность

E

Период колебания

T

Плотность потока излучения

Ф

Показатель (коэффицент) преломления

n

Световой поток

Ф

Светасила объектива

f

Сила света

I

Скорость света

c

Увеличение линейное

β

Увеличение окуляра, микроскопа, лупы

Ѓ

Угол отражения луча

έ

Угол падения луча

ԑ

Фокусное расстояние

F

Частота колебаний

ν, f

Энергия излучения

Q, W

Энергия световая

Q

Величины атомной физики

Атомная масса относительная

Ar

Время полураспада

T1/2

Дефект массы

Δ

Заряд электрона

e

Масса атома

ma

Масса нейтрона

mn

Масса протона

mp

Масса электрона

me

Постоянная Планка

h, ħ

Радиус электрона

re

Величины ионизирующих излучений
Поглощеная доза излучения (доза излучения)

D

Мощность поглощенной дозы излучения

Ď

Активность нуклида в радиоактивном источнике

A

Обозначение электрооборудования - Мир авто

Поток
Количество электричества, протекающего через провод за единицу времени, называется электрическим током, который измеряется в амперах (А). Он измеряется амперметром, который подсоединяется таким образом, чтобы ток проходил через прибор при своем протекании по цепи.


Электрический ток подобен потоку воды, который измеряется в литрах в секунду.
Сопротивление
Этот термин означает препятствие, создаваемое электрическому току. Единицей измерения сопротивления является ом (Ом), иногда в качестве обозначения применяется греческая буква Q (омега). На сопротивление влияет размер провода. Тонкий провод имеет большее сопротивление, чем более толстый провод, подобно тому как тонкая трубка оказывает большее сопротивление потоку воды, чем толстая трубка. Величина сопротивления измеряется омметром.
Мощность
Мощность представляет собой работу, произведенную за единицу времени, и выражается в ваттах (Вт). Мощность может быть вычислена по формуле:
Мощность = Напряжение X Ток

Закон Ома
Соотношение между тремя основными электрическими величинами описывается законом Ома, который можно сформулировать следующим образом:
Напряжение в один вольт необходимо для создания электрического тока величиной в один ампер, при протекании его в цепи с сопротивлением один ом.
Этот закон может быть также записан следующим образом: Напряжение = Ток х Сопротивление,
или
V = IR,
где V = напряжение в вольтах,
I = ток в амперах,
R = сопротивление в омах.

Проводник

Материал, проводящий электрический ток, называется проводником. Малое сопротивление меди делает этот материал весьма пригодным для изготовления проводов.

Изолятор
Изолятором является материал, наподобие резины или пластмасс, который препятствует протеканию электрического тока. Провод обычно покрывается изолирующим материалом, чтобы не допустить утечки электрической энергии по более «легкому» пути, чем тот, который предназначен для выполнения определенной работы.

Электрические символы
Схемы электрических систем обычно содержат множество условных графических символов, предназначенных для обозначения различных элементов цепей.

В электрических системах автомобилей используется множество отдельных деталей, изображаемых символами, поэтому нужны определенные договоренности для того, чтобы адекватно понимать эти символы. Для большинства символов имеются международные обозначения, некоторые из которых представлены в табл. 36.2. (Следует отметить, что некоторые обозначения табл. 36.2 отличаются от используемых в России)

ГОСТ 2.741-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы акустические

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ.

ПРИБОРЫ АКУСТИЧЕСКИЕ

ГОСТ 2.741-68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ.
ПРИБОРЫ
АКУСТИЧЕСКИЕ

Unified system of design documentation.
Graphical sumbols in diagrams.
Acoustic devices

ГОСТ
2.741-68

Дата введения 01.01.71

la. Настоящий стандарт распространяется на схемы выполняемые вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности и строительства и устанавливает условные графические обозначения акустических приборов.

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

1. Общие обозначения звуковых преобразователей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование

Обозначение

1. Телефон

2. Телефон головной

3. Микрофон

4. Микрофон симметричный

5. Микротелефон

6. Микротелефон с выключением питания микрофона

7. Ларингофон, остеофон

8. Громкоговоритель (репродуктор)

9. Головка акустическая

Примечание. Акустические головки изображают с необходимым количеством выводов

10. Гидрофон (ультразвуковой передатчик-приемник)

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. Знаки, характеризующие принцип действия звуковых преобразователей, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Наименование

Обозначение

1. Прибор электромагнитный

По ГОСТ 2.721-74

2. Прибор электродинамический

По ГОСТ 2.721-74

3. Прибор пьезоэлектрический

По ГОСТ 2.721-74

4. Прибор магнитострикционный

По ГОСТ 2.721-74

5. Прибор электростатический (конденсаторный)

По ГОСТ 2.721-74

6. Прибор угольный

7. Прибор оптический

По ГОСТ 2.721-74

Примечание. При изображении прибора, поглощающего световую энергию, стрелки должны быть направлены к обозначению прибора. При изображении прибора, излучающего световую энергию, стрелки должны быть направлены от обозначения прибора

8. Прибор магнитный

По ГОСТ 2.721-74

9. Прибор стереофонический

10. Прибор:

а) записывающий или воспроизводящий

При изображении записывающего прибора стрелка должна быть направлена от линии электрической связи.

При изображении воспроизводящего прибора стрелка должна быть направлена к линии электрической связи;

б) записывающий и воспроизводящий, приемный н передающий

в) стирающий

11. Прибор записывающий или воспроизводящий:

а) низкие звуковые частоты

б) высокие звуковые частоты

3. Примеры построения обозначений звуковых преобразователей приведены в табл. 3.

Таблица 3

Наименование

Обозначение

1. Телефон электромагнитный

3. Микрофон угольный

3. Микрофон электродинамический

4. Микрофон электростатический (конденсаторный)

5. Микрофон электромагнитный стереофонический

6. Ларингофон и остеофон пьезоэлектрические

7. Громкоговоритель-микрофон

8. Громкоговоритель с регулируемой громкостью

9. Громкоговоритель магнитострикционный

9а. Громкоговоритель с подвижной катушкой

10. Головка записывающая монофоническая

11. Головка воспроизводящая монофоническая

12. Головка стирающая

13. Головка записывающая, воспроизводящая и стирающая монофоническая

14. Головка записывающая, воспроизводящая и стирающая стереофоническая

15. Головка механическая

16. Головка механическая воспроизводящая стереофоническая

17. Головка механическая пьезоэлектрическая записывающая

18. Головка магнитная

Примечание. Если необходимо указать количество дорожек, то используют следующее обозначение

18а. Головка магнитная записывающая монофоническая

18б. Головка магнитная стирающая

18в. Головка магнитная записи, считывания или стирания монофоническая

19. Головка магнитная записывающая, воспроизводящая и стирающая стереофоническая

20. Головка оптическая воспроизводящая монофоническая

21. Головка оптическая записывающая стереофоническая

2, 3. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

4. Обозначения приборов звуковой сигнализации приведены в табл.4.

Таблица 4

Наименование

Обозначение

1. Звонок электрический. Общее обозначение

2. Звонок электрический:

а) постоянного тока

б) переменного тока

3. Звонок электрический одноударный (гонг)

4. Зуммер

5. Сирена электрическая

 6. Гудок, сигнальный рожок

7. Свисток

8. Ревун

9. Трещотка электромагнитная

(Измененная редакция, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ О СООТВЕТСТВИИ
ГОСТ 2.741-68 и СТ СЭВ 1983-79

П. 4, таблица 4, пп. 1, 3-7 ГОСТ 2.741-68 соответствуют п. 5, таблице 5, пп. 1-6 СТ СЭВ 1983-79.

(Введено дополнительно, Изм. № 1).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

В. Р. Верченко, Ю. И. Степанов, Е, Г, Старожнлец, В. С. Мурашов, Г. Г. Геворкян, Л. С. Крупальник, Г. И. Гранатович, В. А. Смирнова, Е. В. Пурижинская, Ю. Б. Карпинский, В. Г. Черткова, Г. С. Плис, Ю. П. Лейчик

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР № 160 от 14.08.68

3. Стандарт соответствует СТ СЭВ 1983-79 в части п. 5 и СТ СЭВ 868-78 в части п. 1, таблицы 1, пп. 1-7 и в части п. 2, таблицы 2,пп. 1-14.

4. ВЗАМЕН ГОСТ 7624-62 в части разд. 18 и 19

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта

ГОСТ 2.721-74

2, табл. 2 , пп. 1-5, 7, 8

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (май 1992 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в июле 1980 г., апреле 1987 г. (ИУС № 11-80, 7-87)

Электричество и магнетизм

A

— работа силы

a

— радиус, расстояние

B

— магнитная индукция

b

— радиус, расстояние

C

— электрическая ёмкость

с

— скорость света в вакууме

D

— электрическое смещение (электрическая индукция)

d

— диаметр, расстояние, толщина

E

— напряженность электрического поля

ε

— ЭДС

e

— элементарный заряд

F

— сила

H

— напряжённость магнитного поля

I

— сила тока

i

— линейная плотность тока

J

— вектор намагничивания

j

— плотность тока

L

— индуктивность

me

— масса электрона

n

— число витков на единицу длины

P

— вектор поляризации

P

— мощность

p

— дипольный момент, импульс

pm

— магнитный момент

q

— электрический заряд

R

— сопротивление, радиус

r

— радиус-вектор

S

— площадь, поверхность

t

— время

U

— напряжение, разность потенциалов

V

— объём

W

— энергия

wE

— плотность энергии электрического поля

wB

— плотность энергии магнитного поля

e

— диэлектрическая проницаемость

e0

— электрическая постоянная

q

— угол

K

— кинетическая энергия

P

— потенциальная энергия

l

— линейная плотность заряда

m

— магнитная проницаемость

r

— объемная плотность заряда, удельное сопротивление

s

— поверхностная плотность заряда, удельная проводимость

FE

— поток напряженности электрического поля

FB

— поток магнитной индукции

j

— потенциал

Обычный поток в сравнении с электронным потоком | Основные понятия электричества

«В стандартах хорошо то, что их так много, из чего можно выбирать». - Эндрю С. Таненбаум, профессор информатики

Положительный и отрицательный заряд электронов

Когда Бенджамин Франклин высказал свое предположение относительно направления потока заряда (от гладкого воска к грубой шерсти), он создал прецедент для электрических обозначений, который существует по сей день, несмотря на тот факт, что мы знаем, что электроны являются составными единицами заряда. и что они перемещаются с шерсти на воск, а не с воска на шерсть, когда эти два вещества растираются друг с другом.Вот почему говорят, что электроны имеют отрицательный заряд : потому что Франклин предполагал, что электрический заряд движется в противоположном направлении, и поэтому объекты, которые он назвал «отрицательными» (представляющими недостаток заряда), на самом деле имеют избыток электронов. .

К тому времени, когда было обнаружено истинное направление электронного потока, терминология «положительный» и «отрицательный» уже была настолько прочно установлена ​​в научном сообществе, что не было предпринято никаких усилий, чтобы изменить его, хотя называть электроны «положительными» было бы больше смысла в упоминании «лишнего» заряда.Видите ли, термины «положительный» и «отрицательный» - это изобретения человека, и как таковые не имеют абсолютного значения за пределами наших собственных условных обозначений языка и научного описания. Франклин мог так же легко назвать избыток заряда «черным», а недостаток - «белым», и в этом случае ученые могли бы говорить об электронах, имеющих «белый» заряд (предполагая ту же неверную гипотезу о положении заряда между парафином и шерсть).

Условное обозначение расхода

Однако, поскольку мы склонны ассоциировать слово «положительный» с «избытком», а «отрицательный» - с «недостатком», стандартное обозначение заряда электрона кажется отсталым.Из-за этого многие инженеры решили сохранить старую концепцию электричества с «положительным», относящимся к избытку заряда, и соответственно обозначить поток заряда (ток). Это стало известно как условный поток обозначение:

Обозначение электронного потока

Другие решили обозначать поток заряда в соответствии с фактическим движением электронов в цепи. Эта форма символики стала известна как электронный поток обозначение:

В обычных обозначениях потока мы показываем движение заряда в соответствии с (технически неверными) метками + и -.Таким образом, этикетки имеют смысл, но направление потока заряда неверно. В обозначении электронного потока мы следим за фактическим движением электронов в цепи, но метки + и - кажутся обратными. Действительно ли имеет значение, как мы обозначаем поток заряда в цепи? Не совсем, если мы единообразно используем наши символы. Вы можете следить за воображаемым направлением тока (обычный поток) или за фактическим (поток электронов) с равным успехом в том, что касается анализа схемы. Концепции напряжения, тока, сопротивления, непрерывности и даже математические трактовки, такие как закон Ома (глава 2) и законы Кирхгофа (глава 6), остаются столь же актуальными для любого стиля записи.

Условное обозначение потока и электронное обозначение потока

Вы найдете условные обозначения потока, используемые большинством инженеров-электриков и проиллюстрированные в большинстве учебников по инженерному делу. Электронный поток чаще всего встречается в вводных учебниках (этот, однако, от него отходят) и в трудах профессиональных ученых, особенно физиков твердого тела, которые озабочены реальным движением электронов в веществах. Эти предпочтения носят культурный характер в том смысле, что определенные группы людей сочли выгодным представить себе движение электрического тока определенными способами.Поскольку большинство анализов электрических цепей не зависит от технически точного описания потока заряда, выбор между обычным обозначением потока и обозначением электронного потока является произвольным. . . почти.

Поляризация и неполяризация

Многие электрические устройства допускают наличие реальных токов любого направления без разницы в работе. Например, лампы накаливания (в которых используется тонкая металлическая нить накаливания, которая накаляется добела при достаточном токе), например, излучают свет с одинаковой эффективностью независимо от направления тока.Они даже хорошо работают на переменном токе (AC), где направление быстро меняется с течением времени. Проводники и переключатели работают независимо от направления тока. Технический термин для этой несущественности потока заряда - неполяризация . Тогда мы могли бы сказать, что лампы накаливания, переключатели и провода - это неполяризованных компонентов. И наоборот, любое устройство, которое по-разному работает с токами разного направления, будет называться поляризованным устройством .

В электрических цепях используется много таких поляризованных устройств. Большинство из них состоит из так называемых полупроводниковых веществ , и как таковые не рассматриваются подробно до третьего тома этой серии книг. Подобно выключателям, лампам и батареям, каждое из этих устройств представлено на схематической диаграмме уникальным символом. Как можно догадаться, символы поляризованных устройств обычно содержат где-то внутри стрелку, обозначающую предпочтительное или исключительное направление тока.Вот где действительно имеют значение конкурирующие обозначения обычного и электронного потока. Поскольку инженеры с давних пор выбрали традиционный поток как стандартную нотацию своей «культуры», и поскольку инженеры - те же люди, которые изобретают электрические устройства и символы, их представляющие, все стрелки, используемые в символах этих устройств , указывают в направлении обычный поток, а не поток электронов . Другими словами, на всех символах этих устройств есть стрелки, указывающие против фактического потока электронов через них.

Пожалуй, лучшим примером поляризованного устройства является диод . Диод - это односторонний «клапан» для электрического тока, аналог обратного клапана для тех, кто знаком с водопроводными и гидравлическими системами. В идеале диод обеспечивает беспрепятственное прохождение тока в одном направлении (небольшое сопротивление или его отсутствие), но предотвращает прохождение тока в другом направлении (бесконечное сопротивление). Его схематическое обозначение выглядит так:

Помещенный в цепь батареи / лампы, он работает как таковой:

Когда диод направлен в правильном направлении, чтобы пропускать ток, лампа светится.В противном случае диод блокирует протекание тока так же, как разрыв цепи, и лампа не будет гореть.

Если мы обозначим ток в цепи, используя обычное обозначение потока, символ стрелки диода будет иметь смысл: треугольная стрелка указывает в направлении потока заряда, от положительного к отрицательному:

С другой стороны, если мы используем обозначение электронного потока, чтобы показать истинное направление движения электронов по цепи, символы стрелки диода кажутся обратными:

Только по этой причине многие люди предпочитают использовать условный поток при рисовании направления движения заряда в цепи.Если по какой-либо другой причине, символы, связанные с полупроводниковыми компонентами, такими как диоды, имеют больше смысла в этом случае. Однако другие предпочитают показывать истинное направление движения электронов, чтобы не говорить себе: «просто помните, что электроны на самом деле движутся в другую сторону» всякий раз, когда истинное направление движения электронов становится проблемой.

Что следует использовать: обычный ток или поток электронов?

Обе модели дадут точные результаты при последовательном использовании, и они одинаково «правильны», поскольку являются инструментами, которые помогают нам понимать и анализировать электрические схемы.Однако в контексте электротехники обычный ток гораздо более распространен. В этом учебнике используется обычный ток, и любой, кто намеревается изучать электронику в академической или профессиональной среде, должен научиться естественно думать об электрическом токе как о чем-то, что течет от более высокого напряжения к более низкому ».

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Правила и примеры научной записи

Цель этого модуля - предоставить студентам инструменты, необходимые им для использования научных обозначений для представления величин, применения электрических единиц измерения, преобразования метрических единиц и выражения измеренных данных с надлежащим числом значащих цифры.

Цель

Учащийся сможет:

  • Использовать научную нотацию для представления величин
  • Преобразовывать одну электрическую метрическую единицу в другую метрическую единицу
  • Преобразовывать из одной единицы с метрическим префиксом в другую, используя научную нотацию
  • Экспресс измерения с правильным количеством значащих цифр.

Ориентирующие вопросы

  • Как представить чрезвычайно большие или малые величины в экспоненциальном представлении?
  • Каковы процессы выполнения арифметических операций с использованием экспоненциальной записи?
  • Как преобразовать измерения, содержащие метрические префиксы?

Введение

При работе с очень большими или малыми количествами ученые и инженеры используют научную нотацию как форму представления.В электронике научная нотация - важный инструмент для представления электрических величин. Важные навыки включают в себя умение выполнять арифметические операции (сложение, вычитание, умножение и деление), используя научную нотацию, и умение конвертировать единицы измерения в метрические единицы.

Величины, представленные в научной нотации

Очень большие и очень маленькие количества часто встречаются в электронике. Вместо огромного количества цифр используется научная нотация.

Научная запись - это удобный способ выражения больших или малых чисел для выполнения арифметических и других функций. Он использует базовое число от 1 до 10 и степень , равную десяти . Степень десяти - это представление десятичного базового числа и показателя степени, указывающего, сколько раз базовое число увеличивается. Степень десяти представлена ​​символом, написанным сверху и справа от цифры, или показателем степени .

Например, если бы мы представили 230 000 в экспоненциальной системе счисления, мы бы переместили десятичную точку влево, пока не получим число от 1 до 10 в левой части десятичной дроби.

В этом случае мы бы переместили десятичную точку между 2 и 3.

Затем мы посчитаем количество цифр справа от десятичной дроби. В нашем примере их 5. Таким образом, 230 000 будут представлены как 2,3 X 10 5 .

В экспоненциальном представлении слева от десятичной дроби может быть только число меньше 10. Любые числа справа от десятичной дроби, больше нуля, должны оставаться в базовом числе. Как и в приведенном выше примере, мы оставили 3 в базовом числе, так как оно больше нуля.

Чтобы преобразовать число, представленное научным представлением, в десятичное, мы просто переместим десятичную дробь вправо на количество разрядов, указанное экспонентой.

Пример

Давайте возьмем следующее число и преобразуем его в научную запись:

2,500 000 Наше число

2.5 Мы помещаем десятичную дробь между 2 и 5, что дает нам базовое число от 1 до 10.

2 .5 X 10 6 Мы переместили десятичную запятую на 6 разрядов влево.

Маленькие числа

При работе с маленькими числами десятичная дробь перемещается вправо. Вместо положительной экспоненты (степени десяти) она отрицательная. Это не означает, что число отрицательное.

Например, если мы хотим представить количество 0,00000362, мы бы переместили десятичную дробь вправо, пока не получим число от 1 до 10. В этом случае наша десятичная дробь будет между 3 и 6.

Затем мы посчитаем, сколько цифр находится слева от десятичной дроби. В нашем примере мы переместили десятичную запятую на 6 разрядов. В нашем примере будет 3,62 X 10 -6 .

Обратите внимание, мы оставили 2, потому что это число больше нуля.

Чтобы преобразовать небольшое число, представленное в экспоненциальном представлении, в десятичное, мы перемещаем десятичную дробь влево на количество разрядов, указанное экспонентой.

Пример

Представим следующее десятичное число в экспоненциальном формате:

0.000 000 025 наш номер.

2,5 Мы переместили десятичную запятую вправо, чтобы получить нашу базу 2,5, которая находится между 1 и 10.

2,5 X 10 -8 Мы переместили десятичную запятую на 8 разрядов вправо, получив нашу экспоненту ( -8).

Другие примеры

516,570,000,000,000 = 5,1657 X 10 14

0,000100972 = 1,00972 X 10 -4

4,683.8 = 4,6838 X 10 3

0,05871 = 5,871 X 10 -2

7,55 X 10 2 = 755

190 X 10 6 = 190,000,000

1,23 X 10 -6 = 0,00000123

9 X 10 -3 = 0,009

Просмотрите видео ниже, прежде чем переходить к следующему разделу.

Научная нотация Видео

Арифметика с экспоненциальной нотацией

Научная нотация упрощает выполнение арифметических операций при работе с очень большими и очень маленькими числами.Это оставляет меньше места для ошибок.

Сложение

Мы складываем числа в экспоненциальном представлении, используя следующий метод:

  1. Выразите оба числа с одинаковой степенью десяти.
  2. Добавьте основные числа.
  3. Опустите степень десяти, чтобы представить новую степень десяти для суммы.
  4. Упростите так, чтобы базовое число было от 1 до 10.

Пример

Как бы мы сложили 3 X 10 5 плюс 6 X 10 4 ?

Нам нужно сначала выразить числа, используя ту же степень десяти:

(3 X 10 5 ) + (60 X 10 5 )

Складываем основные числа:

3 + 60 = 63

Уменьшите степень десяти:

63 X 10 5

Упростите так, чтобы основание было числом от 1 до 10:

6.3 X 10 6

Вычитание

При вычитании степеней десяти используется следующий метод:

  1. Выразите оба числа с одинаковой степенью десяти.
  2. Вычтите основные числа без их степени десяти.
  3. Понизьте степень десяти, чтобы обозначить разницу.
  4. Упростите так, чтобы базовое число было от 1 до 10.

Пример

Вот пример вычитания чисел, выраженных в степенях десяти:

Вычесть 3.5 X 10 -12 из 9,5 X 10 -11

Сначала мы представляем оба числа в одинаковой степени десяти:

(9,5 X 10 -11 ) - (0,35 X 10 -11 )

Вычтите основные числа:

9,5 - 0,35 = 9,15

Уменьшите степень десяти:

9,15 X 10 -11

Научная нотация: сложение и вычитание

Умножение

Для умножения чисел, выраженных в экспоненциальном представлении, используйте следующий метод:

  1. Умножайте основные числа без их десятичной степени.
  2. Сложите степени десяти, используя алгебраические правила сложения чисел (степени не обязательно должны быть одинаковыми).

Пример

Умножить 6 X 10 3 на 4 X 10 -5

Умножить основные числа: (6) (4) = 24

Сложить показатели: 3 + (-5) = -2

Произведение: 24 X 10 -2

Упрощенное: 2,4 X 10 -1

Деление

Чтобы разделить числа, выраженные в экспоненциальном представлении, используйте следующий метод:

  1. Запишите задача в виде дроби с числителем и знаменателем.{4}}} $

    Разделите основные числа:

    7 / 3,5 = 2

    Вычтите экспоненты:

    9 - 4 = 5

    Частное: 2 X 10 5

    Научная нотация : Умножение и деление

    Преобразование мер с метрическими префиксами

    В области электроники вы будете иметь дело с измеряемыми величинами.Вы будете измерять напряжение, ток и сопротивление, а также многие другие электрические величины. Все эти измерения имеют определенные единицы и символы, которые используются в сочетании с техническими обозначениями.

    Инженерная нотация

    Подобно научной нотации, инженерная нотация использует ту же концепцию «степени десяти». Разница в том, что инженерная нотация может содержать до трех цифр слева от десятичной дроби. Кроме того, инженерная нотация может иметь только экспоненты, кратные трем (3, 6, 9 и т. Д.).).

    Пример

    Ниже приведены несколько примеров чисел, представленных как в научных, так и в технических обозначениях:

    Число Научное обозначение инженерных обозначений

    23000 2,3 X 10 4 23 X 10 3

    500 5 X 10 2 500 или.5 X 10 3

    0,000052 5,2 X 10 -5 52 X 10 -6

    Электрические единицы

    Электрические единицы и количества представлены буквенным символом. Ниже приведена таблица некоторых общих электрических величин, SI (международный стандарт), и символов:

    Напряжение 9047 9047 9047 Ом
    КОЛИЧЕСТВО СИМВОЛ СИМВОЛ СИМВОЛ СИМВОЛ В В В
    Ток I Ампер (А) A
    Заряд Q Coulomb Ом
    Емкость C Фарад F
    Индуктивность L Генри H
    9048 9047 Мощность 9047 9048 9048 9048 Энергия Вт Джоуль Дж
    Время T Секунды S
    Частота F Герцы Гц


    Праймеры по электрическим блокам, аббревиатуры 000 и символы 6 1-2 930 Метрические префиксы
    представляют собой некоторые из наиболее распространенных степеней десяти в инженерной нотации.Ниже приведена таблица, показывающая наиболее распространенные метрические префиксы:

    9047 9047 9047 6
    Префикс Префикс
    Символ
    Значение
    Pico P 2 10 000 000 001
    nano n 10 -9 = 0,000 000 001
    micro µ 10 -6 = 0.000 001
    мил м 10 -3 = 0,001
    килограмм k 10 3 = 1000
    = 1000 000
    Giga G 10 9 = 1000000 000
    Tera T 10 12 90 00048

    Пример

    Покажите следующий номер с префиксом и символами единиц измерения:

    0.005 Вольт Наш номер

    5 X 10 -3 Вольт в экспоненциальном представлении

    5 м Вольт В нашей таблице мы видим 10 -3 представлен в м

    5 мВ Символ для вольт - V

    Преобразование Метрические единицы

    Для выполнения некоторых расчетов с использованием метрических единиц удобнее преобразовать префиксы метрики. При преобразовании префиксов следует соблюдать несколько основных рекомендаций:

    1. Переместите десятичную точку вправо при преобразовании больших единиц в меньшие.
    2. Переместите десятичную запятую влево при преобразовании малых единиц в большие.
    3. Найдите разность степеней десяти, чтобы решить, на сколько мест переместить десятичную запятую.

    Пример

    1. Преобразует 3 миллифарада в микрофарады.

    Используя приведенную выше таблицу, мы видим, что mF - это миллифарады (10 -3 ). Микрофарад 10 -6 . Поскольку микрофарады меньше миллифарадов, мы переместим десятичную запятую на три позиции вправо.Это даст 300 мкФ.

    1. Перевести 4000 наноампер в микроампер.

    Мы бы переместили десятичную запятую на три позиции влево.

    4000nA = 4000 X 10 -9 A = 4 X 10 -6 = 4µA

    1. Преобразовать 1600 килом в мегаумы

    Мы переместим три десятичных разряда влево.

    1600 кОм = 1600 X 10 3 = 1,6 X 10 6 = 1.6МОм

    Числа в электротехнике | Прядильные числа

    Инженеры-электрики используют очень большие и очень маленькие числа по сравнению с нашим повседневным опытом. В этой статье рассказывается о больших и малых числах с примерами того, как они отображаются в инженерных приложениях.

    Технические числа записываются в инженерных обозначениях , аналогичных научным обозначениям. Это помогает освоить инженерные обозначения и широкий динамический диапазон чисел, с которым мы, инженеры, имеем дело каждый день.


    Содержание

    Научная нотация

    Если вы изучали математику или естественные науки, вы, вероятно, встречали научную нотацию. Вы можете освежить в памяти научные обозначения с помощью этого видео КА. Чтобы выразить число в экспоненциальной форме, вы переписываете его как число $ \ ge1 $ и $ \ lt10 $, умноженное на степень $ 10 $. Это может иметь больше смысла, если мы рассмотрим несколько примеров:

    • Число Авогадро в экспоненциальном представлении выглядит так: 6 долларов.{18} $ электроны.

      Инженерное обозначение

      Инженерная нотация лишь немного отличается от научной. Инженеры любят показатели, кратные трем. Это означает, что цифры слева от десятичной точки находятся в диапазоне от 1 до 999 долларов. Наш разум довольно хорошо воображает и сравнивает числа до 1000 долларов. Приведем пример.

      Свету требуется 0,0000333564095 \, \ text {секунд} $, чтобы пройти 10 \, \ text {километров} $ в вакууме.Преобразуем это небольшое число в инженерное обозначение:

      • Найдите десятичную точку.
      • Перескакивает через три цифры за раз, двигаясь вправо, пока вы не перескочите через одну, две или три ненулевые цифры. Мы хотим, чтобы число слева от десятичной точки находилось в диапазоне от 1 до 999 долларов. В этом случае сделайте два прыжка вправо, пока не превысите 33 доллара.
      • Запишите 33 доллара.
      • Добавьте десятичную точку: 33 доллара.
      • доллара.
      • Запишите оставшиеся цифры: 33 доллара.{-3} \, \ text s $

      Правила формата чисел не жесткие. Пока то, что вы пытаетесь изложить, является ясным и недвусмысленным, вы можете делать исключения. Вы можете выразить мгновение ока как 0,350 секунды, если хотите, чтобы читатель сравнил значение с одной секундой.

      Один недостаток инженерной системы обозначений состоит в том, что они могут ввести в заблуждение количество значащих цифр. Инженеры обычно имеют дело с большими допусками изготавливаемых компонентов, поэтому количество значащих цифр в схемах обычно невелико: от двух до трех.6 \, \ Omega \, \ pm1 \% $.

      Со временем вы разовьете чувство числовой точности и округления в различных ситуациях. Когда все сделано правильно, округление до нескольких цифр - это не признак лени, а осознание того, что реальные компоненты не все одинаковы - и все же ваш дизайн все равно должен работать каждый раз. Бывают и другие случаи, например, при длительных вычислениях с использованием компьютерной арифметики, когда даже крошечные ошибки округления важно предвидеть и контролировать. Все зависит от ситуации.Это инженерное искусство.

      Префиксы номеров

      Многие числа имеют имена, полученные из греческого или латинского языков. Инженеры и ученые используют префиксы номеров, определенные в Système International d’Unités (SI). Вот список наиболее распространенных префиксов, которые мы используем в инженерии. Обратите внимание, как экспоненты кратны трем.

      $ $ $
      Номер Префикс Символ Примечание
      $ 10 ^ {\, + 12} $ тера- $ \ text T $
      $ 10 ^ {\, + 9} гига- $ \ text G $
      $ 10 ^ {\, + 6} мега- $ \ text M $
      $ 10 ^ {\, + 3} кило- $ \ text k $ $ \ text k $ - единственный префикс> 1 в нижнем регистре
      $ 10 ^ {\, 0} $
      $ 10 ^ {\, - 3} $ милли- $ \ text m $
      $ 10 ^ {\, - 6} $ микро- $ \ mu $ будьте осторожны, $ \ mu $ (mu) не превращается в m
      $ 10 ^ {\, - 9} $ нано- $ \ text n $
      $ 10 ^ {\, - 12} $ пик- $ \ text p $
      Как сказать «гига»?

      Латинское слово гига дает нам префикс номера гига - .Это также источник английского слова Giant . В английском языке буква «g» может быть жесткой (коза) или мягкой (гигантская). Итак, как следует произносить «гига-»?

      Большую часть времени я слышу жесткое «g», но мягкое «g» - это нормально. Вы можете встретить кого-то, кто это так говорит. Одним из таких людей является Док Браун из фильма «Назад в будущее

      ».

      Большие и малые инженерные номера

      Вот несколько примеров больших, средних и малых чисел, используемых в реальных электрических системах.Эти примеры встречаются каждый день, но всегда можно найти более серьезные крайности. Здесь много электрических слов. Не волнуйтесь, если некоторые из них новые, вам не обязательно знать их прямо сейчас.

      Частота: Частота подсчитывает, сколько раз что-то происходит за определенный промежуток времени. Единицей измерения частоты в системе СИ является герц $ (\ text {Hz}) $, который совпадает с $ 1 / s $ ( обратных секунд или секунд ). {9} \, \ text {Hz}) $.{6} \, \ Omega) $ в схемах.

      Напряжение: Единицей измерения электрического потенциала является вольт $ (\ text V) $. Батарея, которую вы покупаете в магазине, стоит 1,5 $ \, \ text {volts} $. Эту батарею можно держать в руке, не опасаясь поражения электрическим током. Внутри компьютера микросхемы обычно работают с 3,3 $ или 5 $ \, \ text {volts} $. Автомобильный аккумулятор стоит 12 $ \, \ text {volts} $. В зависимости от того, в какой стране вы живете, розетка стоит 110 $ или 220 $ \, \ text {VAC} $ (вольт переменного тока). Прикосновение к высокому напряжению может привести к летальному исходу.{-9} \, \ text {meter}) $. Следовательно, элемент шириной $ 15 \, \ text {nm} $ находится на $ 28 $ атомах кремния в поперечнике. Удивительный!

      Грамматика единиц

      Есть два грамматических правила для названий единиц измерения и символов единиц измерения.

      • Имена всех юнитов начинаются со строчной буквы, даже если юнит назван в честь человека.
      • Символы пишутся прописными буквами, если единица названа в честь человека, в противном случае - строчными.
      $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $
      Название устройства пример Условное обозначение пример Название
      второй 1 миллисекунда $ \ text {s} $ 2 \ text {ns}
      метр 300 км $ \ text {m} $ 35 \ text {nm}
      герц 10 килогерц $ \ text {Hz} $ 100 \ text {MHz} Герц
      Ом 2 МОм $ \ Omega $ $ 47 \ text {k} \ Omega $ Ом
      фарад 10 пикофарад $ \ text {F} $ 220 \ text {pF} Фарадей
      ампер 35 микроампер $ \ text {A} $ 65 \ text {mA} Ампер
      вольт 11 кВ $ \ text {V} $ 5 \, \ mu \ text {V} $ Вольта

      Я думаю, это круто, как Ом получил свой собственный греческий символ: $ \ Omega $, «Ом-эга.”

      Сокращенная форма «amp» - вполне приемлемый способ сокращения «ампер».

      Мы рассмотрели некоторые числа, с которыми вы сталкиваетесь, когда изучаете электротехнику. Они охватывают огромный диапазон. Со временем это станет второй натурой.

      Формульные символы электротехники и электроакустики - Международная система единиц (СИ) в алфавитном порядке

      Производные единицы СИ / Abgeleitete SI-Einheiten

      Английский / немецкий Частота / Frequenz
      герц: Гц = 1 / с

      Усилие / Kraft
      ньютон: Н = м кг / с 2
      Давление, напряжение / Druck, Mechanische Spannung
      паскаль: Па = Н / м 2 = кг / м с 2
      Энергия, работа, количество тепла / Energie, Arbeit, Wärmemenge
      джоуль: J = N m = m 2 кг / с 2
      Мощность, лучистый поток / Leistung
      ватт: Вт = Дж / с = м 2 кг / с 3
      Количество электричества, электрический заряд / elektrische Ladung
      кулон: C = s A
      Электрический потенциал / elektrische Spannung
      напряжение: В = Вт / А = м 2 кг / с 3 A
      Емкость / Kapazität
      farad: F = C / V = ​​s 4 A 2 / m 2 кг
      Электрическое сопротивление / elektrischer Widerstand
      Ом: Ом = В / А = м 2 кг / с 3 A 2
      Проводимость / elektrische Leitfähigkeit
      siemens: S = A / V = ​​s 3 A 2 / м 2 кг
      Магнитный поток / magnetischer Fluss
      weber: Wb = V s = m 2 кг / с 2 A
      Плотность магнитного потока, магнитная индукция / Magnetische Induktion
      тесла: T = Вт / м 2 = кг / с 2 A
      Индуктивность / Induktivität
      Генри: H = Wb / A = м 2 кг / с 2 A 2
      Световой поток / Lichtstrom
      люмен: лм = cd sr
      I яркость / Beleuchtungsstärke
      люкс: лк = лм / м 2 = кд ср / м 2
      Активность (ионизирующие излучения) / Radioaktivität
      беккерель: Бк = 1 / с
      Поглощенная доза / Absorbierte Strahlendosis
      серый: Гр = Дж / кг = м 2 / с 2
      Динамическая вязкость / Dynamische Viskosität
      паскаль-секунда: Па · с = кг / м · с
      Момент силы / Drehmoment
      метр ньютон: Н · м = м 2 кг / с 2
      Поверхностное натяжение / Oberflächenspannung
      ньютон на метр: Н / м = кг / с 2
      Плотность теплового потока, энергетическая освещенность / Wärmeflussdichte
      ватт на квадратный метр: Вт / м 2 = кг / с 3
      Теплоемкость, энтропия / Wärmekapazität, Entropie
      джоуль на кельвин: Дж / К = м 2 кг / с 2 K
      Удельная теплоемкость, удельная энтропия / Spez.Wärmekapazität, spez. Entropie
      джоуль на килограмм кельвин: Дж / кг K = м 2 / с 2 K
      Удельная энергия / Spezifische Energie
      джоуль на килограмм: Дж / кг = м 2 / с 2
      Теплопроводность / Thermische Leitfähigkeit
      ватт на метр кельвин: Вт / м K = м кг / с 3 K
      Плотность энергии / Energiedichte
      джоуль на кубический метр: Дж / м 3 = кг / мс 2
      Напряженность электрического поля / Elektrische Feldstärke
      вольт на метр: В / м = м кг / с 3 A
      Плотность электрического заряда / Elektrische Ladungsdichte
      кулон на кубический метр: Кл / м 3 = с А / м 3
      Электрическое смещение, плотность электрического потока / Elektrische Flussdichte
      кулон на квадратный метр: Кл / м 2 = с А / м 2
      Диэлектрическая проницаемость / Influenz
      фарад на метр: Ф / м = с 4 A 2 / м 3 кг
      Проницаемость / Permeabilität
      генри на метр: H / m = m кг / с 2 A 2
      Молярная энергия / Molare Energie
      джоуль на моль: Дж / моль = м 2 кг / с 2 моль
      Молярная энтропия, молярная теплоемкость / Molare Entropie, molare Wärmekapazität
      джоуль на моль кельвин: Дж / моль К = м 2 кг / с 2 К моль
      Воздействие (ионизирующие излучения) / Экспозиция
      кулон на килограмм: Кл / кг = с А / кг
      Мощность поглощенной дозы / Absorbierte Dosisrate
      серый в секунду: Гр / с = м 2 / с 3

      cgs Units / cgs-Einheiten

      эрг
      1эрг = 10 −7 Дж
      дин
      1 дин = 10 −5 Н
      пуаз
      1 P = 1 дин с / см 2 = 0 . 1 Па с
      сток
      1 ст = 1 см 2 / с = 10 −4 м 2 / с
      гаусс
      1G = 10 −4 T
      эрстед
      1Oe = (1000 / (4 π)) А / м
      maxwell
      1Mx = 10 −8 Wb
      стильб
      1sb = 1 кд / см 2 = 10 4 кд / м 2
      фот
      1ф = 10 4 люкс

      Веб-сайт класса физики

      Электрические схемы: обзор набора проблем

      Этот набор из 34 задач нацелен на вашу способность определять такие параметры цепи, как ток, сопротивление, разность электрических потенциалов, мощность и электрическая энергия, на основе словесных описаний и диаграмм физических ситуаций, относящихся к электрическим цепям.Проблемы варьируются по сложности от очень простых и простых до очень сложных и сложных. Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

      Текущий

      Когда заряд проходит по проводам электрической цепи , считается, что в проводах присутствует ток. Электрический ток - это измеримое понятие, которое определяется как скорость , с которой заряд проходит через точку в цепи.Его можно определить, измерив количество заряда, протекающего по площади поперечного сечения провода в цепи. Как величина скорости, ток (I) выражается следующим уравнением

      I = Q / т

      где Q - количество заряда, протекающего через точку за период времени t. Стандартной метрической единицей измерения величины тока является ампер, часто сокращенно Ампер или А. Ток в 1 ампер эквивалентен 1 кулону заряда, протекающему через точку за 1 секунду.Поскольку количество заряда, проходящего через точку в цепи, связано с количеством мобильных носителей заряда (электронов), которые проходят через эту точку, ток также может быть связан с количеством электронов и временем. Чтобы установить связь между током и числом электронов, нужно знать количество заряда на одном электроне.

      Q электрон = 1,6 x 10 -19 C

      Сопротивление

      Когда заряд течет по цепи, он встречает сопротивление или препятствие для его прохождения.Как и ток, сопротивление - это измеримый термин. Величина сопротивления, обеспечиваемого сечением провода, зависит от трех переменных - материала, из которого сделан провод, длины провода и площади поперечного сечения провода. Одним из физических свойств материала является его удельное сопротивление - мера способности этого материала сопротивляться прохождению заряда через него. Значения удельного сопротивления для различных проводящих материалов обычно указаны в учебниках и справочниках. Зная значение удельного сопротивления (ρ) материала, из которого состоит провод, а также его длину (L) и площадь поперечного сечения (A), его сопротивление (R) можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

      R = ρ • L / A

      Стандартная метрическая единица измерения сопротивления - Ом (сокращенно греческой буквой Ом ).

      Основная трудность при использовании приведенного выше уравнения связана с единицами выражения различных величин. Удельное сопротивление (ρ) обычно выражается в Ом • м. Таким образом, длина должна быть выражена в метрах, а площадь поперечного сечения - в метрах 2 . Многие провода круглые и имеют круглое сечение.Таким образом, площадь поперечного сечения в приведенном выше уравнении можно рассчитать, зная радиус или диаметр провода, используя формулу для площади круга.

      A = π • R 2 = π • D 2 /4

      Соотношение напряжение-ток-сопротивление

      Величина тока, протекающего в цепи, зависит от двух переменных. Ток обратно пропорционален общему сопротивлению (R) цепи и прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к цепи.Разность электрических потенциалов (ΔV), приложенная к цепи, - это просто напряжение, подаваемое источником энергии (батареи, розетки и т. Д.). Для домов в США это значение близко к 110–120 вольт. Математическая взаимосвязь между током (I), напряжением и сопротивлением выражается следующим уравнением (которое иногда называют уравнением закона Ома ).

      Мощность

      Электрические схемы - это энергия.Энергия включается в цепь аккумулятором или коммерческим поставщиком электроэнергии. Элементы схемы (освещение, обогреватели, двигатели, холодильники и даже провода) преобразуют эту электрическую потенциальную энергию в другие формы энергии, такие как световая энергия, звуковая энергия, тепловая энергия и механическая энергия. Мощность означает скорость, с которой энергия передается или преобразуется устройством или цепью. Это скорость, с которой энергия теряется или приобретается в любом заданном месте в цепи.Таким образом, общее уравнение мощности -

      P = ΔE / т

      Потеря (или усиление) энергии - это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t. Таким образом, потеря (или усиление) энергии равна просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

      P = ΔV • Q / т

      Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

      P = ΔV • I

      Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности.Их

      P = I 2 • R P = ΔV 2 / R

      Стандартная метрическая единица измерения мощности - Вт . В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю 2 • Ом и вольт 2 / Ом.

      Затраты на электроэнергию

      Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную электроэнергию.В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица - единица мощности, умноженная на единицу времени, - это единица энергии. Домохозяйство обычно оплачивает счет на основе количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты.Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии необходимо умножить на стоимость электроэнергии в соотношении $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

      Эквивалентное сопротивление

      Довольно часто в цепи используется более одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь.Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи. Концептуально эквивалентное сопротивление - это сопротивление, которое один резистор будет иметь, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в схеме есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное .Значение эквивалентного сопротивления (R eq ) учитывает индивидуальные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

      Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Их можно подключить последовательно или параллельно . Резисторы, которые соединены последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы.При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой значений отдельных сопротивлений этих резисторов.

      R экв. = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

      Параллельно подключенные резисторы подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути.Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы. Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

      1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

      Анализ последовательной цепи

      Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям. Нередко проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь, питаемую тремя ячейками и имеющую три последовательно соединенных резистора (лампочки).

      Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по его пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно. Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

      R экв. = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

      Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд разделяется на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3 .. ... В форме уравнения можно записать, что

      I аккумулятор = I 1 = I 2 = I 3 =… (последовательные цепи)

      Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор.Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R). Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаков, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

      Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах цепи часто обозначается как , падение напряжения .Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением элементов или батареи, которые питают цепь. Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, когда он проходит через отдельные резисторы последовательной цепи.Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

      ΔV аккумулятор = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 +… (последовательные цепи)

      где ΔV аккумулятор - электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 - это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

      Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

      Анализ параллельной цепи

      Самые последние задачи в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов.Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно соединенных резистора (лампочки).

      Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до того, как достигнет резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через единственный резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что схема является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление схемы с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

      1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

      В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных цепях. В форме уравнения можно записать, что

      I аккумулятор = I 1 + I 2 + I 3 +… (параллельные цепи)

      Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами - сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

      I 1 = ΔV 1 / R 1 I 2 = ΔV 2 / R 2 I 3 = ΔV 3 / R 3

      Эклектические разности потенциалов (ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения.Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он обнаруживает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

      ΔV аккумулятор = ΔV 1 = ΔV 2 = ΔV 3 +… (параллельные цепи)

      где ΔV аккумулятор - электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 - это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

      Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

      Привычки эффективно решать проблемы

      Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физическим проблемам таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем ...

      • ... внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
      • ... идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
      • ... строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания принципов физики.
      • ... определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
      • ... выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

      Подробнее ...

      Дополнительная литература / Учебные пособия:

      Следующие страницы Учебного пособия по физике могут быть полезны для того, чтобы помочь вам в понимании концепций и математики, связанных с этими проблемами.

      Набор проблем электрических цепей

      Просмотреть набор задач

      Электрические схемы Решения с аудиогидом

      Просмотрите решение проблемы с аудиогидом:
      1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34

      Электричество и магнетизм

      Электричество и магнетизм

      За годы обучения 8.022, разработал довольно полный комплект конспектов лекций по электричеству и магнетизму. Некоторые люди нашли они будут полезны, поэтому я размещаю их здесь. Не стесняйтесь использовать их для чего угодно, но не забудьте оставить всю информацию заголовка в укажите [мое имя, номер лекции и тему, а также семестр в эти конкретные примечания были окончательно доработаны (весна 2005 г.)].

      Эти записи соответствуют расписанию и программе весны 2005 г. не точно синхронизируется с расписанием других семестров.

      Наконец, эти примечания представлены как , так и ; Я не гарантирую это в них нет опечаток или глупых ошибок. Пожалуйста, пришлите мне исправления по электронной почте; Я внесу исправления, когда у меня будет время.


      1. Введение: закон Кулона, суперпозиция, энергия системы зарядов.

      2. Электрическое поле: основная концепция поля, поток, закон Гаусса.

      3. Больше электростатики: энергия в поле, потенциал. Немного математики: градиент и расхождение; повторное посещение Закон Гаусса.

      4. Дивергенция и завиток. Эта лекция была описал по крайней мере один студент как "все 18.022 за один лекция ».

      5. Проводники: поля и потенциалы вокруг проводники; электростатическая теорема единственности.

      6. Емкость.

      7. Актуальность: Основные понятия. Плотность тока, ток, непрерывность, закон Ома.

      8. Схемы: основные понятия. ЭДС и Правила Кирхгофа.

      9. Переменные токи: RC-цепи, Эквивалентность Тевенина.

      10. Магнитные поля и силы: основные свойства магнитного поля и силы, которые оно оказывает; специальный Предполагается, что относительность , а не . Это отклоняется от подхода Перселла.

      10а. Разъяснение к лекции 10: первая расчет в Lec 10 был довольно запутанным; эти заметки - моя попытка чтобы прояснить ситуацию.

      11. Специальная теория относительности 1. Замедление времени. сокращение длины, преобразования Лоренца, преобразование скорость.

      12. Специальная теория относительности 2: Силы и поля в специальной теории относительности.Эквивалентность электрического и магнитного силы.

      13. Вернитесь к магнитным полям.

      14. Введение в индукцию: Фарадей и Ленц.

      15. Взаимная и самоиндуктивность.

      Примечания к комплексным числам. Единственный вменяемый способ анализа цепей переменного тока, по моему не очень скромному мнению.

      16. Цепи RL, неприводные цепи RLC: Что мы получаем, когда индукторы и резисторы объединяются в цепи. Также вводится использование комплексных чисел для анализа схем.

      17. Цепи переменного тока и импеданс: наш первый обследование цепей переменного тока. Ключевые вещи, которые нужно изучить здесь: жизнь станет намного проще, если мы будем использовать комплексные числа в нашем анализе; Закон Ома отлично работает для всех элементов схемы --- резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности --- при условии, что мы используем величину, называемую «импеданс» для связи напряжения и тока.

      18. Подробнее о цепях переменного тока: мощность переменного тока. схемы; резонанс и фильтры.

      19. Ток смещения и ток Максвелла. уравнения: Здесь мы, наконец, собрали все вместе и получили полный набор «полевых уравнений», описывающих электричество и магнетизм.

      20. Волновое уравнение и излучение: здесь мы немного помассируйте уравнения Максвелла и найдите особенно интересный Решение: Электромагнитное излучение.

      21. Поляризация и рассеяние: некоторые особенно интересные и важные свойства излучения.

      22. Энергия и импульс в излучении: Мы исследовать, как течет электромагнитная энергия, получая чрезвычайно важная величина (вектор Пойнтинга).

      Примечание: Следующие две лекции не были частью ядра 8.022 материала, когда я читал лекции (особенно лекция 24!).

      23. Магнитные поля и материалы.

      24. (очень) краткое введение в общие относительность.

      Зависимость обычного тока от электронного тока

      Электронный ток и условный ток - это два типа обозначений, которые мы используем для обозначения протекания тока в цепи. Эти два обозначения противоположны друг другу. Для некоторых вычислений, как в законе Кирхгофа, нам нужны обозначения.И мы рассматриваем обычный ток как стандартное обозначение протекания тока. Но на самом деле это обозначение неверно с научной точки зрения. Но все же все законы следуют этой записи. Итак, прежде чем мы перейдем к этим обозначениям, нам нужно понять заряды в электричестве.

      Заряды - положительные и отрицательные заряды

      Прежде всего Франклин предположил, что электрический заряд движется в направлении, противоположном тому, которое он должен делать на самом деле, поэтому он назвал этот электрический заряд «отрицательным», что означает недостаток зарядов, и поэтому мы можем рассмотреть «Положительный» означает избыток электрических зарядов.

      Через некоторое время было обнаружено истинное направление потока электронов, и было замечено, что эти обозначения положительного и отрицательного являются неверными с научной точки зрения. К тому времени обозначения положительного и отрицательного были чрезвычайно распространены, поэтому инженеры не предприняли никаких усилий для изменения старых обозначений. В результате мы по-прежнему используем те же обозначения, которые впервые были приняты сэром Бенджамином Франклином. И это обозначение, которое мы используем сейчас, является обычным обозначением тока или нормальным током.Обсудим это подробнее.

      Условное обозначение расхода тока

      Перед тем, как начать, мы ассоциируем слово «положительный» с избытком зарядов, а «отрицательный» - с недостатком зарядов. Это был ярлык с тех пор, как Франклин впервые его присвоил.

      Представьте себе батарею, подключенную поперек проводника. В электрически напряженном проводнике электрические заряды перемещаются от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи. Положительная клемма имеет избыток электрических зарядов, поэтому эти заряды притягиваются к отрицательной клемме батареи, где есть недостаток зарядов.Это обозначение широко используется инженерами, поэтому оно называется обычным обозначением потока.

      Обозначение электронного потока

      Как следует из названия, это обозначение основано на движении электронов. Эти обозначения показывают, что на самом деле происходит внутри электрически напряженного проводника. Отрицательная клемма батареи имеет высокую плотность электронов. Этот электрон движется от отрицательной клеммы батареи, где плотность электронов высока, к положительной клемме, где плотность электронов меньше, и поэтому они притягиваются к положительной клемме батареи.Следовательно, этот тип тока известен как электронного тока .

      Условные обозначения потока в сравнении с обозначениями электронного потока

      На этом рисунке показана разница в между обычным током и электронным током . Они прямо противоположны друг другу.

      Теперь мы знаем истину, что представление электронного потока является научно правильным обозначением потока, хотя большую часть времени мы используем обычный поток тока. Неважно, какой из них вы используете, вы можете производить правильные вычисления, применяя закон Ома, закон Кирхгофа и все другие уравнения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *