Ampery, wolty, waty i omy to kluczowe pojęcia w systemach elektrycznych. Choć może się to wydawać skomplikowane, nie potrzebujesz dyplomu inżyniera, aby zrozumieć elektryczność. Energia elektryczna przepływa przez wąż jak woda: elektrony przemieszczają się przez przewodnik, zwykle drut. Aby wyjaśnić te pojęcia, użyjemy analogii do wody i węża, aby wyjaśnić każde z nich indywidualnie.
Co to są wzmacniacze?
Amper (amp) mierzy prąd elektryczny, czyli prędkość, z jaką elektrony przepływają przez przewodnik, reprezentowaną przez “I” w równaniach. Urządzenie zostało nazwane na cześć francuskiego fizyka André-Marie Ampère’a, pioniera elektromagnetyzmu.
W analogii do wody prąd elektryczny odpowiada natężeniu przepływu wody przez wąż.
Wewnątrz panelu serwisowego w domu lub w skrzynce wyłączników znajdziesz wyłączniki oznaczone 15, 20 i 30 amperów. Wyższe natężenie prądu pozwala na przepływ większej ilości prądu. Duże urządzenia, takie jak klimatyzatory, podłącza się do obwodów 30-amperowych, podczas gdy większość gniazdek wykorzystuje obwody 20- lub 15-amperowe. Uruchomienie zbyt wielu urządzeń w tym samym obwodzie spowoduje zadziałanie wyłącznika, odcinając zasilanie, aby zapobiec przegrzaniu.
Co to są wolty?
Wolty, reprezentowany przez “V,” mierzy potencjał elektryczny, który napędza energię elektryczną przez system. Odzwierciedla prędkość elektronów poruszających się w obwodzie i jest mierzona w woltach. Olty zostały nazwane na cześć włoskiego fizyka Alessandro Volty.
W analogii do wody napięcie jest jak ciśnienie wody, które przemieszcza wodę przez wąż, podobnie jak przepycha elektrony przez przewodnik.
W Stanach Zjednoczonych energia elektryczna jest dostarczana do domów pod dwoma napięciami: 120 woltów i 240 woltów. Duże urządzenia, takie jak klimatyzatory i kuchenki elektryczne, korzystają z napięcia 240 woltów, podczas gdy mniejsze urządzenia, takie jak żarówki i ładowarki do telefonów komórkowych, działają przy napięciu 120 woltów.
Co to są omy?
Nazwany na cześć niemieckiego fizyka i matematyka Georga Simona Ohma, om mierzy rezystancję elektryczną w przewodniku i jest reprezentowany przez “R” w równaniach. Opór spowalnia przepływ elektronów.
W analogii do wody odpowiada to średnicy węża. Szeroki wąż stawia niewielki opór i pozwala na szybki przepływ wody. Podobnie przewodniki o niskiej rezystancji, takie jak drut miedziany, umożliwiają łatwy przepływ elektronów.
Co to są waty?
Wat jest najbardziej znaną jednostką energii elektrycznej, mierzącą moc zużywaną przez urządzenie elektryczne waty, reprezentowany przez “P” w równaniach. Watts zostały nazwane na cześć Jamesa Watta, szkockiego inżyniera, który spopularyzował maszynę parową.
Używając analogii do wody, moc można zwiększyć poprzez zwiększenie przepływu wody lub ciśnienia. Podobnie w układzie elektrycznym można zwiększyć moc, zwiększając prąd lub napięcie.
Aby obliczyć moc, pomnóż napięcie (V) przez natężenie prądu (A): V x A = W. Większy ruch elektronów i większa objętość obwodu skutkują wyższą mocą. Na przykład odkurzanie zużywa od 400 do 900 watów, podczas gdy dzwonienie do drzwi wymaga tylko 2 do 4 watów.
Napięcie, prąd, rezystancja
Prawo Ohma wiąże napięcie, prąd i rezystancję za pomocą równania V = I x R (gdzie V to napięcie w woltach, I to prąd w amperach, a R to rezystancja w omach). Zwiększanie napięcia przy utrzymaniu stałej rezystancji powoduje wzrost prądu.
Używając analogii z wężem: zwiększenie ciśnienia umożliwia przepływ większej ilości wody. I odwrotnie, jeśli rezystancja wzrasta, podczas gdy napięcie pozostaje stałe, prąd maleje. Przypomina to ściskanie węża; zmniejszona średnica skutkuje mniejszą wydajnością wody.
Wydajność elektryczna
W układzie elektrycznym zwiększenie prądu lub napięcia zwiększa moc.
Na przykład 6-woltowa żarówka podłączona do 6-woltowego akumulatora wytwarza 100 watów. Korzystając ze wzoru I = P/V, wymagany prąd wynosi: I = 100 W / 6 V = 16,67 amperów. Jeśli zamiast tego użyjesz akumulatora i żarówki 12 V: I = 100 W / 12 V = 8,33 A. Taka konfiguracja pozwala uzyskać tę samą moc przy połowie prądu, redukując straty miedzi w przewodach, ponieważ rezystancja zużywa więcej energii wraz ze wzrostem prądu.
Zależność wyraża się jako P = I²R, co wskazuje, że wyższa rezystancja lub zwiększony prąd prowadzą do większych strat mocy w przewodach. Stosowanie wyższego napięcia jest zatem bardziej efektywne w układach elektrycznych, poprawiając również wydajność silnika elektrycznego.
W latach 90. koncepcja ta skłoniła producentów samochodów do rozważenia przejścia z tradycyjnych systemów 12 V na systemy o wyższym napięciu (42 V) w celu uzyskania lepszej wydajności okablowania ze względu na rosnącą liczbę urządzeń elektrycznych w samochodach. Jednak producenci zdecydowali się przeciw ten przełącznik ponieważ poprawili wydajność dzięki zastosowaniu technologii cyfrowej przy niższych napięciach. Dzisiejsze pojazdy hybrydowe i w pełni elektryczne zwykle działają pod napięciem od 450 do 650 V i są wyposażone w mocne silniki, przy jednoczesnym zastosowaniu wydajnych rozwiązań w zakresie okablowania.
