Даже люди с богатым жизненным опытом, которые самостоятельно меняют лампочки и повсеместно пользуются электроприборами, путают ватты с вольтами и амперами. В чем разница и как использовать знания об электричестве в своем доме?
Что такое электричество
Начнем издалека. Чтобы в доме работала кофеварка, холодильник, компьютер, электродрель, необходимо электричество. Оно «течет» по проводам, поэтому в быту его называют током.
Электричество вырабатывают на электростанциях. Оттуда по линиям электропередач оно поступает потребителям. Но каким образом? Это можно сравнить с магией. Ток бывает разным. В жидкостях и газах его носителями являются ионы. В металле – электроны. В полупроводниках совсем все сложно. Проводятся эксперименты по передаче беспроводной энергии на расстояние с помощью лазеров, микроволн, ультразвука, методом индукции и прочее.
Так как в доме используется электропроводка с металлическим сердечником, рассмотрим этот вариант. Металл состоит из атомов. Те, в свою очередь, из ядра (звезды) и вращающихся на разных орбитах электронов (планет). Чем дальше электрон находится от ядра, тем слабее сила притяжения.
Связанные электроны остаются в атоме. Но часть со слабой связью освобождается и образует так называемый электронный газ, состоящий из свободных электронов. Это элементарные частицы с отрицательным зарядом, которые не входят в состав определенного иона или атома.
У молекулы, лишившейся электрона, появляется свободная орбита. Положительно заряженный протон в ядре стремится заполнить пустоту. К тем ядрам, вокруг которых образуются свободные ячейки, перепрыгивают свободные электроны. Но пока цепь не замкнута, этот процесс хаотичен, как броуновское движение.
При замыкании цепи в сети вокруг металла создается электрическое поле, линии которого строго направлены. Оно то и «толкает» свободные электроны в освободившиеся ячейки в определенную сторону. Задает упорядоченный маршрут.
Ток можно сравнить с водой, которая течет по водопроводу под действием давления, нагнетаемого насосной станцией. Выключатель является аналогом краника. Открыл – вода потекла. Закрыл – перестала. Как в водопроводе случаются протечки, так и в электрической цепи, в виде короткого замыкания или иных утечек тока.
Единицы измерения
Электричество характеризуется множеством параметров:
- сила тока (ампер);
- заряд (кулон);
- мощность (ватт);
- напряжение (вольт);
- сопротивление (ом);
- частота (герц).
И это далеко не все. Но в быту мы в основном пользуемся ваттами и вольтами, которые указываются на электроприборах. Они влияют на сумму, которую мы платим за пользование электричеством.
Что такое ватт
Ватты (Вт) – это физическая единица измерения того, насколько быстро электроны движутся по электрической цепи. По аналогии можно сравнить с более понятной характеристикой – скоростью автомобиля, выражаемой в км/час. Только в этом случае определяется не пройденное расстояние за единицу времени, а количество энергии.
1 ватт равен одному джоулю в секунду. Например, лампа мощностью 60 Вт потребляет энергию со скоростью 60 Вт в час.
Мощные электроприборы, такие как пылесос, электрочайник, электродрель, потребляют тысячи ватт. Поэтому для удобства в их характеристиках указываются киловатты. 1 кВт равен 1000 ватт, а 1 киловатт-час (кВт*ч) равен 1000 ватт-часам (Вт*ч). В то время как ватты – это измерение мощности, киловатт-часы – это измерение энергии.
Что такое вольт
В то время как мощность электроприборов выражается в ваттах, в розетке указано 220 вольт. Зачем такая путаница? И как 220 вольт умудряются питать технику, потребляющую сотни и тысячи ватт? Более того, во многих странах напряжение в сети и того меньше – 100-127 вольт.
Дело в том, что это совершенно разные характеристики. Говоря по-простому, в вольтах выражается количество силы электрического поля, толкающей электроны по проводам при замыкании цепи. Следуя аналогии, это мощность водяного насоса для водопровода. А ватты – количество воды, вытекающей из крана.
Эти характеристики взаимосвязаны, но не аналогичны. Ведь мы можем открыть кран на полную (включить пылесос), или слегка приоткрыть для тонкой струйки (включить лампочку). То есть, напор воды в водопроводе примерно одинаков для всего дома, но потребление в каждой квартире разное.
Если говорить по-научному, вольт измеряет напряжение тока. То есть, разность электрических потенциалов между двумя точками цепи, когда силовое сопротивление между ними составляет один ватт, а по проводнику течет постоянный ток в один ампер. Напряжение также называют ЭДС – электродвижущей силой. Один вольт равен одному джоулю энергии.
Напряжение бывает разным
Напряжение обладает удивительными свойствами. Вы наверняка сталкивались со статическим электричеством. Если расчесывать в темноте волосы, или снимать одежду из синтетической ткани, видны искорки и слышны потрескивания. Образуются самые настоящие молнии напряжением около 25 000 вольт!
Если тело накапливает большой статический заряд, при прикосновении к металлическому или любому другому токопроводящему предмету мы ощущаем сильную боль – удар тока. Но почему он нас не испепеляет при такой чудовищной мощности?
Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Он представлял бы опасность при 50 000 вольт и более. Оказывается, одного напряжения недостаточно. Важнейшее значение имеет сила тока, выражаемая в амперах.
Что такое сила тока
Люди, тесно работающие с электроприборами, знают об амперах (А). Это одна из важнейших характеристик, указываемых в инструкции. Не только электрики, но простые обыватели сталкиваются с ней, ставя смартфон на зарядку. Чем большая цифра в миллиамперах (мА) указана на зарядном устройстве, тем быстрее заряжается телефон.
В амперах выражается сила тока, то есть, скорость потока электричества в сети. Соответственно, она появляется только в момент замыкания цепи, когда есть потребитель тока. Если к розетке ничего не подключено, она равна нулю.
Теоретически сила тока может нарастать до бесконечности по мере подключения все большего и большего количества приборов. Но в этом случае провода перегреются и попросту расплавятся.
Чтобы этого не произошло, ток к квартире или дому подается через автомат (электрощит). Он выдерживает определенное количество ампер в зависимости от конструкции и свойств электропроводки – от 10 А до 63 А.
Если сила тока достигнет порогового значения, автомат отключается, выбивает пробки. Это происходит, если одновременно включить несколько мощных строительных или бытовых приборов. Например, электроплиту, пылесос, утюг, электрочайник, холодильник, компьютер, дрель, сварочный аппарат.
Взаимосвязь
Мощность (Вт), напряжение (В) и сила тока (А) напрямую связаны друг с другом. Благодаря этому легко рассчитать, какое электрооборудование нам необходимо и какие приборы мы можем включать одновременно.
Стандартная современная розетка рассчитана на 16 А. 380-вольтовая – на 32 А. При напряжении 220 вольт максимальная мощность подключаемых электроприборов не должна превышать 3,5 кВт. Как мы узнали?
По элементарной формуле:
16 А x 220 В = 3520 Вт
Однако помните, что старые розетки могут быть рассчитаны на меньшую силу тока – от 6 до 10 ампер. То есть, от 1,3 до 2,2 киловатта. Также в продаже появились «усиленные» розетки на 25 А.
Соответственно, можно рассчитывать характеристики в обратной последовательности. Например, если утюг потребляет 2 кВт, то сила тока составит 9,1 ампера:
2000 Вт / 220 В = 9,1 А
Как рассчитать нагрузку
Так как в доме несколько розеток, суммарная мощность может быть выше. Но до какого предела? Это уже зависит от качества проводки и характеристик автоматического выключателя.
Известно, что 1 кВт = 4,5 А. Если в старом доме стоит счетчик с пробками на 10 А, то их выбьет, если мощность одновременно работающих приборов превысит 2,3 кВт. Новые автоматы обычно рассчитаны на 40 А. Поэтому можно включать много бытовой техники суммарно до 8,8 кВт. Но помните об ограничениях на одну розетку!
Что такое Ом
Ом – единица измерения электрического сопротивления. Она тесно связана с током и напряжением системы. Ток силой 1 ампер, проходящий через сопротивление 1 Ом, равен 1 вольту.
Некоторые металлы, такие как алюминий и медь, являются хорошими проводниками электричества, так как имеют более низкое сопротивление. Поэтому из них чаще всего изготавливают провода. И наоборот, такие материалы, как поливинилхлорид и полиэтилен, являются хорошими изоляторами электричества. Их используют для оплетки металлического сердечника кабелей.
Что такое АС и DC
АС и DC – устоявшиеся термины, которыми обозначают переменный и постоянный ток соответственно. Постоянный ток означает, что электричество течет по цепи только в одном направлении. При переменном направление тока периодически меняется.
В бытовой электросети традиционно используют АС, так как он распространяется намного дальше. DC чаще применяется для работы промышленного оборудования. А также он вырабатывается зарядниками, батарейками и аккумуляторами для питания портативных устройств.
