Допустим, у меня есть однофазный источник питания на 100 В и 10 ампер в розетке. Если бы я подключил элемент с очень низким сопротивлением (скажем, 0,1 Ом), используя закон Ома, я мог бы сказать, что сопротивление потребляет V/R = 100/0,1 = 1000 ампер. Это то, что некоторые люди вокруг меня говорят, происходит. Тем не менее, я думаю, что ток ограничен 10 амперами и не может превышать его, иначе он нарушает закон сохранения энергии следующим образом.
Электропитание составляет 100 В × 10 ампер = 1000 Вт. Если бы сопротивление потребляло ток 1000 ампер, рассеиваемое тепло было бы I ^ 2 × R = 1000 ^ 2 × 0,1 = 100000 Вт = 100 кВт, что составляет не совсем возможно. Таким образом, фактический потребляемый ток должен составлять 10 ампер, а тепло, рассеиваемое сопротивлением, составляет 10 ^ 2 × 0,1 = 10 Вт. Следовательно, сопротивление фактически рассеивает только часть доступной мощности.
Любые объяснения или уточнения будут оценены.
Это хорошая возможность немного поэкспериментировать!
Я выбираю дома двойную розетку, втыкаю щупы мультиметра в одну из розеток, а в другую включаю электрический чайник на 2200 Вт.
Чайник выключен: 232,3 В переменного тока, среднеквадратичное значение
Чайник включен: 227,4 В переменного тока, среднеквадратичное значение
Нагревательный элемент чайника представляет собой резистор, около 24 Ом.
Сопротивление сети и нагревательный элемент образуют делитель напряжения , поэтому я могу рассчитать «выходное сопротивление» этой основной розетки. Напряжение упало на 4,9 В при силе тока около 9,6 А, поэтому сопротивление этой электрической розетки составляет около 0,5 Ом. Это приблизительно, но этого достаточно.
В этом случае потребляемая чайником мощность RI^2 = 2211 Вт (при R=24 Ом). Использование той же формулы с R = 0,5 Ом дает верхнюю границу мощности, теряемой в электрической сети, в 46 Вт. Фактические потери будут ниже, так как импеданс, который я измерил в своей электрической розетке, не является чисто резистивным, он имеет индуктивный компонент, но простое измерение мультиметром не позволит различить резистивный и индуктивный импеданс.
С этого момента я буду считать, что импеданс источника составляет 0,5 Ом, и забуду об индуктивности.
Если бы к розетке был подключен очень низкий импеданс, например 0,1 Ом в вашем вопросе, он все равно был бы последовательно с импедансом источника 0,5 Ом, поэтому максимум он потреблял бы 230/0,6 = 383 Ампер.
Поскольку это делитель напряжения с импедансом источника 0,5 Ом сверху и 0,1 Ом снизу, на резисторе 0,1 Ом (рассеиваемом 14,7 кВт) будет 230*0,1/(0,1+0,5) = 38,3 В, а остальные напряжение до 230В будет приходиться на потери в электрической сети.
(230В-38,3В) * 383А = 73,5 кВт будет потеряно в электрической сети.
Итак, ответ на ваш вопрос: вы забыли учесть падение напряжения, вызванное током в проводах, поэтому вы получили неправильный ток.
Тем не менее, резистор 0,1 Ом по-прежнему будет рассеивать ОГРОМНУЮ мощность, как и провода.
Что определяет законный предел тока для электрических розеток, так это максимальная номинальная температура изоляции. Рассмотрим провод сечением 1,5 мм2 (около 15-16 AWG). Во Франции они рассчитаны на 16 А при использовании точного автоматического выключателя и 10 А при использовании с предохранителями. Такой провод может пропускать гораздо больший ток, если он охлаждается воздухом, скажем, вентилятором. Но внутри стены, окруженной теплоизоляцией, теплу некуда деваться, а ПВХ-изоляция плавится при достаточно низкой температуре. Таким образом, рейтинги довольно консервативны ... но провода имеют некоторую тепловую массу, поэтому огромный перегрузочный ток, длящийся пару десятков миллисекунд, ничего не расплавит, по крайней мере, не слишком сильно. Однако это может привести к точечной сварке переключателей в постоянно замкнутом состоянии и другим побочным эффектам.
Что определяет фактическое ограничение по току, так это импеданс источника, сопротивление проводов, выходное сопротивление трансформатора на улице и т. д. При использовании батарей также учитывайте их внутреннее сопротивление.
Для минимальных потерь вы хотите, чтобы импеданс этого источника был низким, поэтому фактическое ограничение тока будет намного выше, чем допустимое безопасное значение. В этом случае 380 ампер примерно в 24 раза превышают характеристики тока отключения для выключателя на 16 А, и, согласно его техническому описанию, при таком токе он отключит питание примерно за 8 миллисекунд. Это довольно быстро, но все же достаточно, чтобы испарить кончик лезвия отвертки. Это также делает хорошую челку. Надевайте защитные очки при работе с сетевым напряжением.
Таким образом, если вы не используете настольный источник питания или другой источник питания, который предназначен для безопасного ограничения тока, когда это необходимо, без потери мощности, когда это не так, потребность в эффективности (провода с низким сопротивлением) диктует, что фактический предел тока всегда намного выше, чем допустимый . безопасный ток «лимит». Первое обеспечивается физикой (т. е. все, что взрывается или плавится первым, размыкает цепь), а второе обеспечивается автоматическими выключателями, предохранителями и другими предохранительными устройствами.
Допустим, у меня есть однофазный блок питания на 100 В и 10 ампер.
Из вашего описания мы не знаем, что произойдет, если вы превысите 10 А. Если он оснащен предохранителем или оснащен автоматическим выключателем, он сработает или сработает при некотором токе и времени. (Подробности см. в технических описаниях.) Если у него есть регулятор ограничения тока, то ток будет ограничен на уровне 10 А за счет уменьшения выходного напряжения.
Если бы я подключил элемент с очень низким сопротивлением (скажем, 0,1 ампер) [я думаю, вы имеете в виду омы], используя закон Ома, я мог бы сказать, что сопротивление потребляет V / R = 100 / 0,1 = 1000 ампер.
Ваш расчет правильный.
Это то, что некоторые люди вокруг меня говорят, происходит. Однако я думаю, что ток ограничен 10 амперами и не может превышать это, иначе это нарушает закон сохранения энергии следующим образом ...
Если питание поступает прямо из национальной сети, то ток ограничивается только сопротивлением всей проводки от различных генераторов до нагрузки. Учитывая, что это цепь на 10 А, маловероятно, что она будет соединена проводом большого сечения, поэтому будет некоторое последовательное сопротивление, скажем, 1 Ом. Это само по себе ограничило бы максимальный ток до 100 А.
Если питание поступает, скажем, от аккумуляторной батареи на 100 В, то она также будет иметь некоторое внутреннее сопротивление, но оно может быть довольно низким, и могут протекать очень большие токи и разряжаться пугающие и опасные количества энергии.
Комментарии:
У меня сложилось впечатление, что мощность, подаваемая из сети, имеет номинальное напряжение и ток. Итак, я говорил, если электричество, подаваемое в мою розетку, рассчитано на 100 В и 10 ампер.
Ограничение по току определяется конструкцией и местными нормами. Вот некоторые из факторов:
Все это определяет рейтинг. Предохранитель или автоматический выключатель добавляются, чтобы гарантировать, что технические характеристики не будут превышены, но для их срабатывания требуется некоторое время. Тем временем могут протекать относительно огромные потоки.
Максимальный ток, который может потреблять сопротивление, ограничен максимальным доступным током (номинальным током) в источнике питания?
Текущий рейтинг большинства блоков питания не обещает не выдавать больше, чем этот большой ток. Это требование для пользователя не пытаться потреблять больше тока.
В зависимости от конструкции источника питания, когда вы потребляете больше тока, чем номинал, поведение может быть
Работайте нормально, подавая ток больше номинального (это может произойти только при небольшой перегрузке по току)
Перегореть предохранитель или отключить выключатель
Перегрев и сокращение срока службы
Сбой каким-либо другим образом, необратимое повреждение источника
Перегреться и загореться, рискуя жизнью и имуществом вокруг него
Резко уменьшить выходное напряжение и ток. Чтобы получить такое поведение, купите источник с обратной схемой.
Уменьшите выходное напряжение, чтобы поддерживать выходной ток на указанном пределе. Это то, что подразумевает ваш вопрос, является нормальным поведением, но на самом деле это очень редко. Если вам нужно такое поведение, вам нужно найти источник, который специально предлагает его как функцию, которую можно назвать текущим ограничением .
Если бы сопротивление потребляло ток 1000 ампер, рассеиваемое тепло было бы I ^ 2 × R = 1000 ^ 2 × 0,1 = 100000 Вт = 100 кВт, что не совсем возможно.
Почему нет. Просто сделайте свой резистор очень большим, и вы сможете легко рассеять 100 кВт. При необходимости можно использовать принудительное воздушное, водяное или масляное охлаждение. Но нет теоретической причины, по которой резистор не может рассеивать 100 кВт.
Транзистор
Синус Номинал
Хильмар