Cu mare putere.
De ce ne pasă de putere? Puterea este măsurarea transferului de energie în timp, iar energia costă bani. Bateriile nu sunt gratuite și nici lucrurile care ies din priza electrică. Deci, puterea măsoară cât de repede se scurg banii din portofel!
De asemenea, energia este. energie. Se prezintă în multe forme, potențial dăunătoare, - căldură, radiații, sunet, nucleare etc. -, și mai multă putere înseamnă mai multă energie. Deci, este important să aveți o idee cu ce fel de putere lucrați atunci când vă jucați cu electronice. Din fericire, a te juca cu Arduinos, a aprinde LED-urile și a roti motoare mici, a pierde urma cantității de energie pe care o folosești înseamnă doar fumatul unui rezistor sau topirea unui IC. Cu toate acestea, sfaturile unchiului Ben nu se aplică doar super-eroilor.
Acoperit în acest tutorial
- Definiția puterii
- Exemple de transferuri de energie electrică
- Wați, unitatea de putere SI
- Calculul puterii folosind tensiunea, curentul și rezistența
- Puteri maxime nominale
Lectură sugerată
Puterea este unul dintre conceptele cele mai fundamentale din electronică. Dar, înainte de a afla despre putere, ar putea exista și alte tutoriale pe care ar trebui să le citiți mai întâi. Dacă nu sunteți familiarizați cu unele dintre aceste subiecte, luați în considerare mai întâi aceste tutoriale:
Ce este puterea electrică?
Există multe tipuri de putere - fizică, socială, super, blocare a mirosurilor, dragoste - dar în acest tutorial ne vom concentra asupra energiei electrice. Deci, ce este energia electrică?
În termeni generali de fizică, puterea este definită ca fiind rata la care energia este transferată (sau transformată).
Deci, mai întâi, ce este energia și cum este transferată? Este greu să afirmi simplu, dar energia este practic capacitatea a ceva de a muta altceva. Există multe forme de energie: mecanică, electrică, chimică, electromagnetică, termică și multe altele.
Energia nu poate fi niciodată creată sau distrusă, ci doar transferată într-o altă formă. O mare parte din ceea ce facem în electronică este conversia diferitelor forme de energie în și din energie electrica. LED-urile de iluminat transformă energia electrică în energie electromagnetică. Motoarele rotative transformă energia electrică în energie mecanică. Buzzer-urile emit energie sonoră. Alimentarea unui circuit de pe o baterie alcalină de 9V transformă energia chimică în energie electrică. Toate acestea sunt forme de transferuri de energie.
| Mecanic | Motor electric |
| Electromagnetic | LED |
| Căldură | Rezistor |
| Chimic | Baterie |
| Vânt | Moara de vant |
Energia electrică, în special, începe ca energie electrică potențială - ceea ce ne referim cu drag cu tensiunea. Când electronii curg prin acea energie potențială, aceasta se transformă în energie electrică. În cele mai utile circuite, energia electrică se transformă într-o altă formă de energie. Puterea electrică este măsurată prin combinarea ambelor cât costă energia electrică este transferată și cât de repede acel transfer se întâmplă.
Producători și consumatori
Fiecare componentă dintr-un circuit consumă sau produce energie electrica. Un consumator transformă energia electrică într-o altă formă. De exemplu, atunci când un LED se aprinde, energia electrică este transformată în electromagnetică. În acest caz, becul consumă putere. Puterea electrică este produs când energia este transferată la electric de la o altă formă. O baterie care alimentează un circuit este un exemplu de producător de energie.
Putere
Energia se măsoară în termeni de jouli (J). Deoarece puterea este o măsură a energiei pe o perioadă stabilită de timp, o putem măsura în jouli pe secundă. Unitatea SI pentru jouli pe secundă este watt prescurtat ca W.
Este foarte obișnuit să vezi „wați”, precedat de unul dintre prefixele SI standard: microwați (µW), miliwatt (mW), kilowați (kW), megawatt (MW) și gigawatti (GW), sunt toți obișnuiți în funcție de situație.
| Nanowatt | nW | 10 -9 |
| Microwatt | µW | 10 -6 |
| Miliwatt | mW | 10 -3 |
| Watt | W | 10 0 |
| Kilowatt | kW | 10 3 |
| Megawatt | MW | 10 6 |
| Gigawatt | GW | 10 9 |
Microcontrolerele, cum ar fi Arduino, vor funcționa de obicei în gama µW sau mW. Laptopul și computerele desktop funcționează în domeniul de putere standard de wați. Consumul de energie al unei case este de obicei în intervalul de kilowați. Stadioanele mari ar putea funcționa la scara de megawatt. Și gigavatul intră în joc pentru centralele electrice pe scară largă și pentru mașinile de timp.
Puterea de calcul
Puterea electrică este rata la care este transferată energia. Se măsoară în termeni de jouli pe secundă (J/s) - un watt (W). Având în vedere câțiva termeni de bază de electricitate pe care îi cunoaștem, cum am putea calcula puterea într-un circuit? Ei bine, avem o măsurare foarte standard care implică energia potențială - volți (V) - care sunt definiți în termeni de jouli pe unitate de încărcare (coulomb) (J/C). Curentul, un alt termen preferat de electricitate, măsoară fluxul de încărcare în timp în termeni de ampere (A) - coulombi pe secundă (C/s). Puneți-i pe cei doi împreună și ce obținem?! Putere!
Pentru a calcula puterea unei anumite componente dintr-un circuit, înmulțiți căderea de tensiune pe acesta cu curentul care îl traversează.
De exemplu
Mai jos este un circuit simplu (deși nu atât de funcțional): o baterie de 9V conectată la un 10Ω rezistor.
Cum calculăm puterea pe rezistor? Mai întâi trebuie să găsim curentul care trece prin el. Destul de usor. Legea lui Ohm!
În regulă, 900mA (0.9A) trece prin rezistor și 9V peste el. Ce fel de putere se aplică atunci rezistenței?
Un rezistor transformă energia electrică în căldură. Deci acest circuit transformă 8,1 jouli de energie electrică pentru a încălzi în fiecare secundă.
Calculul puterii în circuite rezistive
Când vine vorba de calcularea puterii într-un circuit pur rezistiv, este suficient să știi două din cele trei valori (tensiune, curent și/sau rezistență).
Conectând legea lui Ohm (V = IR sau I = V/R) în ecuația noastră tradițională de putere putem crea două ecuații noi. Primul, pur în termeni de tensiune și rezistență:
Deci, în exemplul nostru anterior, 9V 2/10Ω (V 2/R) este de 8,1 W și nu trebuie să calculăm niciodată curentul care trece prin rezistor.
O a doua ecuație de putere poate fi formată numai în termeni de curent și rezistență:
De ce ne pasă de puterea căzută pe un rezistor? Sau orice altă componentă în acest sens. Amintiți-vă că puterea este transferul de energie de la un tip la altul. Când acea energie electrică care trece de la sursa de energie lovește rezistorul, energia se transformă în căldură. Posibil mai multă căldură decât poate rezista rezistența. Ceea ce ne conduce la. puteri nominale.
Putere nominală
Toate componentele electronice transferă energie de la un tip la altul. Sunt dorite unele transferuri de energie: LED-uri care emit lumină, motoare care se rotesc, încărcarea bateriilor. Alte transferuri de energie sunt nedorite, dar și inevitabile. Aceste transferuri nedorite de energie sunt pierderi de putere, care apar de obicei sub formă de căldură. Pierderea prea multă energie - prea multă căldură pe o componentă - poate deveni foarte nedorită.
Chiar și atunci când transferul de energie este obiectivul principal al unei componente, vor exista în continuare pierderi către alte forme de energie. LED-urile și motoarele, de exemplu, vor produce în continuare căldură ca produs secundar al celorlalte transferuri de energie ale acestora.
Majoritatea componentelor au o evaluare a puterii maxime pe care o pot disipa și este important să le mențineți sub această valoare. Acest lucru vă va ajuta să evitați ceea ce la care ne referim cu drag cu „lăsarea magiei să fumeze”.
Evaluarea puterii rezistorului
Rezistențele sunt unii dintre cei mai cunoscuți vinovați ai pierderii de putere. Când scăpați o anumită tensiune pe un rezistor, veți induce, de asemenea, fluxul de curent peste el. Mai multă tensiune, înseamnă mai mult curent, înseamnă mai multă putere.
Amintiți-vă înapoi la primul nostru exemplu de calcul al puterii, unde am constatat că dacă 9V ar fi scăpat pe un 10Ω rezistor, acel rezistor ar disipa 8,1W. 8.1 este o mulțime de wați pentru majoritatea rezistențelor. Majoritatea rezistențelor sunt evaluate pentru oriunde ⅛W (0,125W) la ½W (0,5W). Dacă aruncați 8W peste un rezistor standard de ½W, pregătiți un stingător.
Există rezistențe construite pentru a face față căderilor mari de putere. Acestea sunt numite în mod specific ca rezistențe de putere.
Dacă te găsești vreodată să alegi o valoare a rezistenței. Rețineți și puterea de evaluare a puterii. Și, cu excepția cazului în care obiectivul dvs. este să încălziți ceva (elementele de încălzire sunt practic rezistențe de mare putere), încercați să minimizați pierderile de putere într-un rezistor.
De exemplu
Potențialele rezistenței pot intra în joc atunci când încercați să decideți valoarea pentru un rezistor cu limitare de curent cu LED-uri. Spuneți, de exemplu, că doriți să aprindeți un LED roșu super-strălucitor de 10 mm la luminozitate maximă, utilizând o baterie de 9V.
Acest LED are un curent de transmisie maxim de 80mA și o tensiune de transmisie de aproximativ 2,2V. Deci, pentru a livra 80mA la LED, ai avea nevoie de un 85Ω rezistor pentru a face acest lucru.
6.8V a căzut pe rezistor și 80mA care îl traversează înseamnă 0,544W (6.8V * 0.08A) de energie pierdută pe acesta. Un rezistor de jumătate de watt nu-i va plăcea prea mult! Probabil că nu se va topi, dar va reuși Fierbinte. Joacă-l în siguranță și treci la un rezistor de 1W (sau economisește energie și folosește un driver LED dedicat).
Rezistoarele nu sunt cu siguranță singurele componente în care trebuie luate în considerare puterile maxime. Orice componentă cu o proprietate rezistivă va produce pierderi de energie termică. Lucrul cu componente care sunt în mod obișnuit supuse unei puteri ridicate - regulatoare de tensiune, diode, amplificatoare și motoare, de exemplu - înseamnă să acordați o atenție deosebită deosebită pierderilor de putere și stresului termic.
Resurse și merge mai departe
Sunt interesat să învețe mai multe subiecte fundamentale?
Vedeți-ne Elementele esențiale de inginerie pagină pentru o listă completă a subiectelor fundamentale din jurul ingineriei electrice.
Acum, că sunteți familiarizat cu conceptul de energie electrică, consultați câteva dintre aceste tutoriale conexe!
- Cum să vă alimentați proiectul - Ei bine, știți ce este „puterea”. Dar cum îl ajungi la proiectul tău?
- Lumina - Lumina este un instrument util pentru inginerul electric. Înțelegerea legăturii dintre lumină și electronică este o abilitate fundamentală pentru multe proiecte.
- Ce este un Arduino - Am vorbit mult despre acest lucru Arduino în acest tutorial. Dacă încă nu știți clar ce este, consultați acest tutorial!
- Diodele - Indiferent dacă convertesc AC în DC sau doar aprind un LED indicator de alimentare, diodele sunt o componentă deosebit de utilă pentru alimentarea proiectelor.
- Rezistoare - Cele mai elementare componente electronice, rezistoarele sunt o cerință în aproape fiecare circuit existent.
- MP3 Player Shield Music Box - Vorbește despre transferul de energie! Acest proiect combină electricitatea, mișcarea și sunetul pentru a crea o cutie muzicală cu tematică Doctor Who.
- Intrare - Nutriție - Ryno Power Gym
- Asigurarea compatibilității sursei de alimentare cu amplificatorul dvs.
- Setarea corectă a tensiunii la sursa de alimentare - PCTechBytes
- Siguranța alimentelor și a apei în timpul întreruperilor de curent și inundațiilor FDA
- Trebuie să folosesc o sursă de alimentare separată cu un dispozitiv GP sau seria Xpress Byte Paradigm -