Podstawy elektryki

Podstawowe jednostki stosowane w elektryce

W elektryce spotykamy się z wieloma definicjami jednostek elektrycznych opisującymi różne zjawiska związane z przepływem prądu i polem magnetycznym z nim związanym. W praktyce natomiast dla zobrazowania prostych zasad działania domowej sieci elektrycznej będziemy używali tylko tych podstawowych wymienionych poniżej, które postaramy się opisać w namacalny sposób przyrównując przepływ prądu do przepływu wody, który w miarę czytelnie wyjaśni nam zasady jego funkcjonowania.

Spróbujemy więc przyrównać prostą sieć elektryczną do prostej sieci hydraulicznej, a konkretniej do centralnego ogrzewania.

Zakładając że generator to pompa wodna w boilerze, przepływ prądu to przepływ wody od ujścia pompy do jej wlotu, napięcie -  jako różnica potencjałów między przewodami to w naszym wypadku różnica ciśnień między rurkami – przed i za pompą, moc to ilość + prędkość czyli objętość/masa przepompowanej wody w jednostce czasu, rezystancja przewodu to rezystancja/grubość rurki.

Prąd (I)

Prąd (I) – jednostka A (amper) – z fizyki: uporządkowany przepływ elektronów, a w naszym wypadku będzie określać kierunek przepływu i ilość cząstek przepływającej wody. Kierunek przepływu (polaryzacja) uwarunkowany jest kierunkiem pracy pompy.

 I = U / R

Napięcie (U)

Napięcie (U) – jednostka V (volt) – z fizyki: różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego (np dwoma przewodami N i L), u nas będzie to różnica ciśnień pomiędzy dwoma rurkami np. za ujściem pompy z wysokim ciśnieniem – rurka zasilająca a druga przed pompą podciśnieniowa lub np. pusta rurka połączona zaworem (wyłącznikiem w elektryce) z tą zasilającą. Pomiędzy dwoma przewodami fazowymi nie będzie różnicy potencjałów, więc jak je połączymy nic się nie stanie bo będą te same ciśnienia. Różnica tych ciśnień wywoła ruch płynu lub prądu w jakąś stronę ( w tą w której będzie mniejsze ciśnienie).

 U = I x R

Moc (P)

Moc (P) - jednostka W (watt) – z fizyki: praca wykonana w jednostce czasu lub z elektryczności iloczyn natężenia przepływającego przez nie prądu i napięcia elektrycznego U, do którego urządzenie jest włączone. W naszym wypadku obrazowana będzie możliwością ilości przepompowanej wody w jednostce czasu. Moc w wysokiej mierze zależy od  napięcia/ciśnienia pomiędzy dwoma punktami instalacji wywołanej pracą generatora prądu/pompy wodnej oraz możliwości przepływu prądu/wody zależnego w dużej mierze od rezystancji np. średnicy przewodów/rur i zastosowanych po drodze urządzeń.

P = U x I

Rezystancja (R)

 Rezystancja (R) – Jednostka Ω (Ohm) – z fizyki: przeciwstawianie się elementu/przewodnika przeciwko przepływowi prądu…, uwarunkowana będzie w dużej mierze od średnicy i rodzaju zastosowanych przewodników/rurek oraz użytych po drodze urządzeń stawiających opór np. rezystory/reduktory ciśnienia, grzejniki, zawory itp. Czyli wszystko co wpływa na zmiany przepływu. Pod wpływem rezystancji następuje na każdym urządzeniu spadek napięcia/ciśnienia czyli różnica potencjałów/ciśnień pomiędzy dwoma jego punktami – wejścia/wyjścia.

R = U / I

Impedancja (Z)

Impedancja (Z) odpowiednik rezystancji przy systemach prądu zmiennego, wyrażona w omach.

Przykłady zastosowań powyższych wzorów:

I.  Dwie żarówki 50 Watt w pokoju, przy napięciu U=240 Volt spowodują przepływ prądu w wysokości:

I = P / U;

I = (2x50) W / 240 V = 100 / 240 = 0.42 A = 420 mA

Mając wartość prądu I oraz napięcia możemy spróbować obliczyć rezystancję żarówki:

R = U / I

R = 240 V / 0.42 A = 571.4 Ohm

II.  Mając obwód radialny wychodzący z FCU (Fused Connection Unit) o zabezpieczeniu 13 A, musimy rozłożyć matę podłogowego ogrzewania o mocy 150 W na metr kwadratowy. Obliczymy ile metrów maty możemy rozłożyć żeby nie przekroczyć wartości zabezpieczenia. W tym celu obliczmy jaki jest pobór prądu na  1 metr (sposób pierwszy) lub możemy sprawdzić jaki może być pobór mocy na 13 A (sposób drugi).

Sposób pierwszy : I = P / U

I = 150 W / 240 V = 0.625 A

13 A (FCU) / 0.625 A (na m² maty) da nam 20.8 m²

Sposób drugi : P = U x I

P = 13 A (FCU) x 240 V = 3120 W – taki możemy mieć pobór mocy

3120 W (możliwość poboru) / 150 W (m² maty) da nam 20.8 m²

Jak widać mimo odmiennego sposobu kalkulacji wynik pozostał ten sam.