Определить удельную тепловую мощность выделяемых в медных шинах площадью сечения S 10см ^ 2 по которым течет ток милой J 100 AПомогите решить пожалуйста очень нужно

К точкам A и B электрической цепи, схема которой приведена на рисунке, подсоединили батарейку с постоянным напряжением.

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе №3, оказалась равной N = 5 Вт.

Определить тепловые мощности, выделяемые на других резисторах.

Ответы выразить в Вт, округлив до целых.

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе №1 :

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе №2 :

Тепловая мощность, выделяемая на резисторе №4 :

Определение допустимого тока

Все проводники при прохождении тока нагреваются. Чрезмерное повышение температуры провоцирует механическое разрушение конструкции, включая защитные и декоративные оболочки. Чтобы сохранить работоспособность трассы пользуются понятием «длительно допустимый ток». Справочные значения для проводов с медными и алюминиевыми жилами приведены в правилах ПУЭ и отраслевых ГОСТах.

Таблица разрешенных токовых нагрузок

Для точного расчета специалисты пользуются формулой теплового баланса, которая содержит:

• электрическое сопротивление метра проводника при определенной температуре;
• поправочные коэффициенты для учета передачи тепла в окружающее пространство с помощью конвекции, инфракрасного излучения;
• нагрев от внешних источников.

Отвод тепловой энергии улучшается при прокладке трассы в земле (под водой). Хуже условия, когда несколько кабелей находится в одном канале.

К сведению. Иногда применяют аналог расчета по мощности с учетом неразрушающего уровня нагрева.

Тепловой нагрев

Величина тока связана с нагревом в соответствии с законом Джоуля-Ленца, названного так по именам первооткрывателей зависимости:

• Q – количество теплоты, которое выделяется на проводнике;
• R – сопротивление проводника;
• I – ток, протекающий через проводник;
• t – промежуток времени, в течение которого производится подсчет тепловыделения.

Из формулы следует, что чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты выделится на нем. На этом принципе построены нагревательные приборы с высокоомным нагревательным элементом. Нагреватель выполнен из провода, который, кроме высокого удельного сопротивления, имеет высокую температурную устойчивость (как правило, нихром). Температура меди намного ниже, поэтому существуют определенные условия, при которых нагрев медного проводника не будет выходить за допустимые пределы.

Достижение по «упаковке энергии»

Один из простых способов увеличить удельную мощность — уменьшить размеры компонентов. Выбирайте конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и радиаторы наименьшего размера, требуемые конструкцией. Однако у этого метода есть ограничение, потому что размер является основным фактором в фактической стоимости компонента.

Такой подход можно использовать и дальше, если вы можете увеличить частоту переключения. Импульсные регуляторы,DC-DC преобразователи и другие импульсные схемы не требуют такой большой фильтрации или накопления энергии на более высоких частотах для достижения того же результата. А при более высоких частотах возможно значительное уменьшение размеров конденсаторов и катушек индуктивности.

Ранние SMPS работали на частоте менее 100 кГц. Новые разработки перешли на диапазон 100 кГц и выше. Сегодня большинство схем переключения работают на частотах в диапазоне от 1 до 4 МГц.

Хотя значительное уменьшение размера происходит на более высоких частотах, есть предел для дальнейшего уменьшения размеров продуктов электроники. Это связано с тем, что продолжающееся увеличение частоты коммутации увеличивает потери при переключении. Данные потери в основном связаны с активным сопротивлением коммутирующего транзистора или сопротивлением сток-исток (RDS (вкл)).

Снижение сопротивления сток-исток обычно увеличивает заряд затвора и паразитные емкости. Зарядка и разрядка паразитных емкостей затворов и стоков транзистора требует некоторой энергии, которая увеличивает общие потери.

Еще одним фактором, ограничивающим увеличение плотности мощности, являются потери при обратном восстановлении в основном диоде полевых МОП-транзисторов. Паразитные индуктивности также вызывают коммутационные потери. Уменьшение частоты переключения помогает минимизировать все эти потери. Однако компромисс заключается в балансировании потерь с меньшими размерами компонентов, что делает частоту переключения критическим фактором конструкции. Выбор силового MOSFET транзистора для конструкции SMPS имеет решающее значение, поскольку различные характеристики, такие как сток-исток RDS (включено), паразитные емкости, площадь кристалла и частота коммутации, тесно связаны друг с другом.

На плотность мощности также влияют тепловые характеристики транзисторов, которые являются функцией увеличенных коммутационных потерь. Избавление от тепла — основная проблема в конструкции SMPS — определяется в первую очередь компоновкой транзисторов или интегральных микросхем (ИС).

Увеличение частоты переключения привело к значительному уменьшению размеров транзисторов и ИС, что существенно повлияло на конструкцию корпуса. Чем меньше размер корпуса, тем труднее отводить тепло устройству. Как правило, уменьшение коммутационных потерь улучшает тепловые характеристики. Инновационная конструкция корпуса может улучшить рассеивание тепла и обеспечить более высокую удельную мощность.

Значения плотности тока в технике

Хотя само значение плотности тока от материала проводника не зависит, в технике его выбирают, исходя из его удельного электрического сопротивления и длины провода. Дело в том, что при большой плотности тока проводник с ним нагревается, его сопротивление от этого возрастает, и потери электроэнергии в проводке или обмотке увеличиваются.

Однако, если взять провода слишком толстыми, то и вся проводка получится чрезмерно дорогой. Поэтому расчет бытовой проводки ведут, исходя из так называемой экономической плотности тока, при которой общие долговременные расходы на электросеть минимальны.

Для квартирной проводки, провода в которой не очень длинные, берут значение экономической плотности в пределах 6-15 А/кв. мм. в зависимости от длины проводов. Медный провод диаметром 1,78 мм (2,5 кв. мм) в ПВХ изоляции, замурованный под штукатурку, выдержит и 30, и даже 50 ампер. Но при потребляемой квартирой мощности в 5 кВт плотность ток в нем будет (5000/220) = 23 А, а его плотность в проводке – 9,2 А/кв. мм.

Экономическая плотность тока в линиях электропередач много ниже, в пределах 1-3,4 А/кв. мм. В электрических машинах и трансформаторах промышленной частоты 50/60 Гц – от 1 до 10 А/кв. мм. В последнем случае ее вычисляют, исходя из допустимого нагрева обмоток и величины электрических потерь.

Медные жилы проводов и кабелей

Не только новичкам, но и бывалым электрикам сложно разобраться в многообразии кабельной продукции: марки, разновидности, материалы, функциональность. Даже поверхностное знакомство с особенностями прокладки электросетей заставляет хвататься за голову. Чтобы избежать неприятностей при дальнейшей эксплуатации электроприборов, следует внимательно изучить теоретическую часть. Все непонятные моменты нужно выяснить, а лучше обратиться к профессионалу.

Какие типы выключателей существуют и где их применяют. Все о выключателях тут

Первым вопросом, на который приходится отвечать домашнему мастеру, является материал жилы. Требования ПУЭ однозначны: для внутренней проводки разрешено применять только медь. Она не так окисляется, обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Монтаж электроитка медными проводами

Второй вопрос: количество жил. Кабели и провода бывают одно и многожильными. Одножильный провод медный в середине содержит всего одну проволоку. Он более жесткий, менее гибкий. Особенно сильно эти недостатки ощущаются на больших сечениях проводника. При этом теоретически его вполне можно проложить под штукатуркой, слой которой станет надежной защитой от повреждений.

Многожильные провода состоят из нескольких проволок. Наиболее часто в домашних условиях используют трехжильный медный провод. Он более пластичный, мягкий, прекрасно справляется с перегибами и поворотами. Важно понимать, что многопроволочный кабель и многожильный – это не одно и то же.

Многопроволочные изделия относят к пожароопасным. Их запрещено использовать в квартирах для стационарной прокладки.

Другой частой ошибкой, которую совершают новички, является путаница в понятиях сечение и диаметр кабеля. Диаметр всегда можно уточнить, померив его штангенциркулем. Затем его используют для расчета поперечной площади. Результат всегда округляют в большую сторону. Он должен совпадать с маркировкой. Однако фактический результат обычно меньше заявленного. Если расхождение минимально, то это допустимо. Большое отклонение говорит о браке, от применения такой продукции лучше отказаться.

Подбор диаметра проволоки предохранителя

Предохранитель (или плавкая вставка) предназначен для защиты приборов от короткого замыкания или перегрузки путем отключения подачи энергии. Если допустимый ток для медных проводов превышен, плавкий элемент расплавляется и разрывает сеть. Считается, что предохранитель нельзя ремонтировать. Однако в некоторых ситуациях можно воспользоваться быстрым и простым способом возвращения ему работоспособности. Он заключается в восстановлении целостности сети за счет присоединения медной проволоки. Чтобы такое мероприятие не привело к непоправимым последствиям, нужно правильно ее подобрать.

Подбор диаметра проволоки предохранителя

Диаметр медного провода для предохранителя зависит от максимально допустимого значения, который он должен пропустить. Его проще всего подобрать с помощью таблицы, в которой указаны диаметры проволоки в зависимости от ее материала и токовой нагрузки. Если под рукой нет таблиц, а также при отсутствии необходимых данных, можно провести несложные вычисления:

• при небольших нагрузках, когда используется проволока диаметром 0,02-0,2 мм: d=I_ПЛ*k+0,005;
• при больших значениях для проволоки диаметром больше 0,2 мм: d=((I_ПЛ) 2 /m 2 ) 1/3 .

В формуле I_ПЛ – значение тока, которое показывает, сколько выдерживает плавкая ставка, А; k и m – коэффициенты, определяемые в зависимости от материала проводника.