При изменении напряжения меняется ли мощность потребляемая прибором почему

3

Закон Ома и закон Джоуля-Ленца для чайников: почему может меняться фактическая мощность одного и того же электронагревательного прибора ⁠ ⁠

Это объявленная ранее публикация о том, как благодаря закону Ома и закону Джоуля-Ленца один и тот же водонагреватель может как заработать, так и не заработать через автоматический выключатель одного и того же номинала, а один и тот же чайник может нагревать воду с разной скоростью.

Читатель мог подумоть, что физика в объеме школьной программе никогда не понадобится в обычной жизни, но вот прямо сейчас она как понадобится.

Простой бытовой сюжет начинается с мыслей о ежегодном плановом отключении горячей воды и поиска проточного водонагревателя, который можно включать в «обычную» розетку на 16 ампер. Рынок предлагает несколько моделей с заявленной мощностью в 3500 ватт. В описании так и указано: «мощность 3500 ватт». Делим 3500 ватт на 220 вольт – получаем силу тока 15.91 ампера, как раз немного меньше, чем 16 ампер.

Именно поэтому мощность не 3400 и не 3600 – выбрано максимальное «круглое» значение мощности, которое должно безопасно получаться из обычной розетки на 16 ампер. Это в теории, а на практике.

. читаем отзывы на одну и ту же модель водонагревателя. Одни покупатели пишут, что водонагреватель работает через автоматический выключатель на 16 ампер, другие – что такой выключатель стабильно отключается через несколько минут работы водонагревателя. Одни покупатели пишут, что работает без нареканий, другие – что проводка становится теплой.

Это ЖЖЖЖЖ явно неспроста. Неправильные пчелы? Нет, это проявление закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

В описании водонагревателя рядом с текстом «мощность 3500 ватт» также написано «напряжение 220 вольт». Читать нужно так: «мощность составляет 3500 ватт при напряжении питания 220 вольт».

Фактическое значение сетевого напряжения может отличаться от номинального по целому ряду причин. В зависимости от состояния электросетей и настройки трансформаторов на подстанциях напряжение может постоянно быть немного ниже или немного выше номинального. Помимо этого фактическое напряжение может меняться в течение суток из-за колебаний потребления электроэнергии.

Это нормально, пока отклонение от номинала остается в пределах, установленных нормативами. Бывает еще, что напряжение отличается от номинального в нарушение требований нормативов – читатель наверняка слышал истории о даче, где электросети изношены или перегружены и чайник еле-еле греет, а стиральная машина не включается и надежно работает только зарядное устройство с диапазоном входных напряжений 100–240 вольт.

Все производители электроприборов, которые не хотят разориться на замене сломавшихся электроприборов и компенсации вреда от их возгораний, делают электроприборы так, чтобы они безопасно работали в широком диапазоне допустимых по нормативам напряжений. Безопасная работа – хорошо, но при изменении напряжения может меняться сила тока через электронагревательный прибор и в результате будет изменяться его фактическая мощность.

Пришло время вспомнить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи записывается обычно вот так:

I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на его границах, R – электрическое сопротивление участка.

Из этого соотношения прямо следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения сила тока возрастает линейно. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока тоже возрастает на 10 процентов. При убывании напряжения сила тока линейно убывает.

При протекании электрического тока через участок цепи в нем выделяется тепло, это так называемое тепловое действие электрического тока. Мощность выделяемого тепла определяется так (следствие закона Джоуля-Ленца):

P – мощность выделяемого тепла, I – сила тока, R – сопротивление.

Из этого соотношения следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании силы тока мощность тепла возрастает квадратично. Сила тока возрастает на 10 процентов – мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент (1.10 × 1.10 = 1.21).

Поэтому при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения мощность выделяемого тепла возрастает квадратично. Это следствие двух указанных выше соотношений. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока также возрастает на 10 процентов и мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент.

Это не бесполезная теория. Производители бытовой техники, которые собираются продавать технику в как можно большее число государств, учитывают, что входное напряжение может немного отличаться, и в описании чайника указывают например следующее: «220–240 вольт 2000–2400 ватт». Верхнее значение диапазона напряжения на 9 процентов выше нижнего, а верхнее значение диапазона мощности на 19% выше нижнего – мощность выделяемого тепла квадратично растет с ростом напряжения. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

Да, один и тот же чайник может потреблять разную мощность в зависимости от фактического напряжения в электросети. Сила тока через нагревательный элемент чайника также может изменяться в зависимости от напряжения. Скорость нагревания одного и того же объема воды на одну и ту же разность температур будет разной в зависимости от напряжения в электросети. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

И то же самое с водонагревателями. «мощность 3500 ватт напряжение 220 вольт». А фактическое напряжение не 220, а 230 вольт – это допустимо по действующим в России в 2021 году нормативам. Фактическое напряжение выше указанного на табличке водонагревателя на 4.55 процента. Сила тока будет выше также на 4.55 процента – не 15.91 ампера, а 16.63 ампера. Мощность составит 3825 ватт.

При фактическом напряжении 235 вольт (на 6.8 процента выше указанного на табличке) сила тока будет 17 ампер, а мощность – 3993 ватта.

Надо бы подумоть о таком неудобстве: повышение силы тока приведет к увеличению нагрева проводов, их соединений и розетки. Розетка-то как была на 16 ампер, так и осталась, и провода все те же и скрутки и клеммники никуда не делись. Но пока не будем обращать на это внимание, пока попробуем оценить.

. сколько времени потребуется автоматическому выключателю, чтобы сработать при таких превышениях силы тока выше номинала? Здесь придется выйти за пределы школьной программы по физике.

Ответ на этот вопрос дает так называемая время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она показывает, сколько времени требуется для срабатывания автоматического выключателя в зависимости от того, насколько фактическая сила тока превышает номинал выключателя. Время срабатывания разное при разной температуре воздуха – если автоматический выключатель хуже охлаждается, он при той же силе тока быстрее прогреется и сработает раньше. Это не знакомый электрик – сын маминой подруги – сказал, это написано.

. в увлекательном документе ГОСТ Р 50345-2010 (является действующим на 2021 год).

Неисправимо оптимистичные читатели могут написать в комментариях о пункте 3.5.15 этого стандарта («условный ток нерасцепления») и заявить, что автоматический выключатель обязан не отключаться в течение не менее часа, если фактическая сила тока не превышает номинал выключателя более чем на 13%. В случае выключателя на 16 ампер речь идет о токе силой чуть больше 18 ампер. Вроде бы есть простор (на возможный перегрев проводов, соединений и розетки все еще не обращаем внимания).

Но помимо пункта об «условном токе нерасцепления» есть и другие интересные и важные. Например, в 8.6.1. рассказывают о «нормальной время-токовой характеристике» – она задается для «температуры окружающего воздуха» 30 градусов.

«Температура окружающего воздуха» – это не температура воздуха в помещении, а температура воздуха вокруг выключателя внутри электрощита. Внутри того же самого щита метры проводов, клеммники, другие выключатели, и все они могут нагреваться, вместе сильно прогревая воздух вокруг выключателя (а заодно и собственную изоляцию).

Время срабатывания выключателя, через который включен водонагреватель, будет зависеть и от фактической величины сетевого напряжения, и от охлаждения воздуха внутри электрощита, в котором находится выключатель, и от выделения тепла всем остальным содержимым того же электрощита. Здорово, правда?

Кстати, при увеличении силы тока на 13% его тепловое действие увеличивается. да, на 27.7 процентов. Это дополнительный нагрев всей цепи, в которой протекает избыточный ток. Это нагрев проводов, соединений, розеток. Здорово, правда? Именно о таком испытании своих электрических цепей, которые далеко не всегда сделаны с требуемыми по нормативам запасами, мечтает каждый покупатель бытовых приборов. Условный ток нерасцепления в нормальной время-токовой характеристике уже не выглядит таким привлекательным и теперь не только «решает» проблемы, но быть может и создает новые.

Поэтому электронагревательный прибор с мощностью «на пределе возможного» – это интригующая неопределенность. Может заработать без нареканий, а может беспокоить покупателя перегревом проводов или вызывать срабатывание автоматических выключателей.

Разгадывание таких ребусов – явно не то, к чему обычно готовится покупатель, выбирая бытовой электроприбор, который поставляется с сетевым проводом с вилкой для включения в «обычную» розетку. Он хотел просто помыться теплой водой. Такой наивный.

А теперь. краткий пересказ написанного выше.

1. Чем выше фактическое напряжение, тем большую фактическую мощность потребляет тот же электронагревательный прибор, тем выше сила тока через него и тем больше разогреваются все элементы электрической цепи, в которую он включен, – провода, вилка, розетка, автоматические выключатели и другое содержимое электрощита. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

2. Фактическое напряжение может быть разным в разных домах одного квартала, разных подъездах одного дома, разных квартирах одного подъезда и изменяться в течение суток. Это нормально, это случается повсюду, так устроены распределительные электрические сети.

3. Чем выше температура воздуха вокруг автоматического выключателя и чем больше превышение фактической силы тока над номиналом автоматического выключателя, тем быстрее он срабатывает. Так устроены автоматические выключатели. ГОСТ Р 50345-2010 – увлекательный документ.

4. Электронагревательные приборы с мощностью «на пределе возможного» – неоднозначное решение для бытовых приборов, которые покупатель привозит из магазина и включает в «обычную» розетку. Покупатель, который наивно надеялся помыться теплой водой, может застрять в разгадывании разнообразных ребусов.

«Из этого соотношения прямо следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения сила тока возрастает линейно.»

Вот только сейчас в РФ номинальное напряжение 230В по ГОСТ 30804.4.30-2013, согласно которому работают все сегодняшние поставщики электроэнергии.

Теория красивая, но не возникало мысли, что на практике имеет место и разброс параметров нагревателей и, особенно, разная степень говенности автоматов и практически поголовный идиотизм пользователей, подключающих 15.9А нагрузку через 16А автомат?

Хера се расследование. Но в реальности все гораздо проще. Автоматы у одних выбивают а у других нет, провод толи греется толи нет потому что:

А. Автоматы китайское говно с нестабильными характеристиками (привет DEKraft и прочая дичь)

Б. Провод говно, у кого то 1,9 вместо 2,5 квадрата (ТУ то позволяет)

В. нагреватели наглухо китайские с хер пойми какой мощностью

Ретропонедельник №87 — Часы Электроника 6.15м⁠ ⁠

Трудовая неделя начинается с нового экспоната в виртуальном музее советской бытовой техники. Сегодня это часы электроника 6.15м (как и многие другие экспонаты — спасенные от утилизации).

Произведены в 1985 году (судя по датам производства компонентов) на заводе «Микрокомпонент», г. Учкекен (судя по клейму завода).

Настольные электронные часы с вакуумно-люминисцентным индикатором, функцией будильника и батарейкой хранения времени.

Удачная развесовка корпуса — в ножке спрятан трансформатор, самый тяжелый компонент часов. Кнопки управления — сзади.

Причина, по которой я сдал делать каталог клейм на фото — кроме клейма, информации о заводе нет. Под белой крышечкой переменный конденсатор кварцевого резонатора, позволяет немного подстроить частоту резонанса, и тем самым подстроить ход часов.

Часы показывают время только когда включены в сеть. Чтобы при отключения от сети они не забывали время — предусмотрена батарейка на 9В.

Корпус — оклеенная шпоном фанера. Видно, что вклеенные пластиковые крепежные опоры отвалились, одна утеряна.

Плата часов с индикатором. Используется вакуумно-люминисцентный индикатор, светодиоды в то время не могли похвастаться яркостью, красотой и равномерностью индикации, да и цвета доступные для светодиодов были ограничены, в отличии от ВЛИ, где составом люминофора можно добиться любого цвета свечения. К сожалению ВЛИ со временем выгорают, теряя яркость.

Обратите внимание на колбу ВЛИ — штуцер вклеен на цемент, справа — пятно от гетера. Тонкие проволочки натянутые вдоль — катод, который нагревается током и эмитирует электроны. По сути — индикатор — маленькая радиолампа)

В интернете нашлась схема:

И фотографии модификаций этих часов

Посты дублируются в мой телеграм канал, ссылка в профиле.

Подработка в Лобне или окрестностях⁠ ⁠

Здравствуйте, люди добрые. Ситуация такая: работаю в г. Лобня сменно, денюжек не хватает. Может кто поможет с подработкой какой. Очень активно изучаю автоэлектрику до уровня CAN шины, а также параллельно ремонт бытовой техники, туда у меня душа лежит. Все свое ремонтирую сам: быт технику, авто, сантехнику, электро и бензо инструмент. Единственное без строгой привязки по времени т.к есть основная работа. Готов работать без оплаты для получения опыта, а дальше если буду полезен с оплатой. Например автосервис или автобаза где есть простаивающие без ремонта автомобили, авто со сложной поломкой. Или сервисный центр по ремонту быт техники где не хватает рук. Возможно обслуживание частного дома. Или может Ваш вариант. С уважением, Сергей.

Часть 1. Устройство компьютерных блоков питания, схемы, компоненты⁠ ⁠

Компьютерный блок питания (БП) это устройство, которое преобразовывает сетевое переменное напряжение в несколько постоянных напряжений, номиналом 12, 5 и 3.3 Вольта, которые и потребляют различные компоненты компьютера.

Есть два типа блоков питания: Трансформаторные (линейные) и Импульсные (инверторные).

Отличаются они способом преобразования электричества, размером и КПД.

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. После него устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и ряд элементов обеспечивающие стабилизацию выходных напряжений и ряд защит.

Импульсный блок питания имеет более сложную схемотехнику, но при этом имеет меньшие габариты и большой КПД, поэтому в современных системах используют именно его.

Чтобы понять как в нём происходит преобразование, нужно начать с самого начала, с разъёма через который поступает высокое, переменное напряжение.

Два верхних контакта, это фаза и ноль, средний контакт это заземление.

(Разъемы серии IEC 320 (вилка (папа) – в маркировке обозначается IEC C14; или розетка (мама) – обозначается IEC C13)

Если посмотреть на разъём с обратной стороны, то видно что к среднему контакту припаян проводник с металлическим лепестком на конце, который механически соединён с ближайшим винтом.

Так выполняется подключение корпуса к контуру заземления.

Навесные элементы на разъёме, это первый блок входного помехопадавляющего фильтра. (ПП-фильтр, ЭМП-фильтр).

Фильтр состоит из двух блоков, первый ставят как можно ближе к разъёму, к источнику помех, так фильтр будет эффективней. Обычно он состоит из нескольких конденсаторов, припаянных к контактам разъёма, для защиты от кондуктивных помех.

Второй блок находится рядом на плате и выполняет более сложную фильтрацию. В минимальном варианте представляет собой дроссель и несколько конденсаторов, включенных параллельно входу и нагрузке.

Они так же подавляют кондуктивные помехи, которые возникают в результате работы самого блока питания и приходящие из сети. В этих цепях используются специальные помехопадавляющие конденсаторы, которые разделяются на классы X и Y.

(Конденсаторы (X и Y), во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара)

Большой плёночный конденсатор подавляет дифференциальные помехи, то есть те помехи которые возникают между двумя проводниками цепи.

Синфазные помехи которые протекают через паразитные емкости между силовыми шинами питания и землёй, подавляются небольшими керамическими конденсаторами, они соединяют линии питания в общей точке с землей.

Синфазный дроссель также создаёт сопротивление для этих помех.

Синфазный дроссель состоит из двух одинаковых катушек, изолированных друг от друга и намотанных на одном сердечнике. Помехи на проводниках, подключённых ко входу дросселя, встречают высокое индуктивное сопротивление обеих катушек и подавляются.

В более сложном варианте фильтра, схемы дублируются и добавляются новые, например высокочастотные и низкочастотные фильтры.

(Для корректной работы фильтра необходимо рабочее заземление)

Это важно, так как без входного фильтра, нарушалась бы работа самого блока питания и другой техники, так как импульсный БП является мощным источником импульсных помех.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищают предохранителем.

Он нужен для защиты цепи от короткого замыкания. Его номинал должен зависеть от потребляемой мощности, но в большинство БП ставят 3 или 5-амперные предохранители.
(400 Вт – 2,5 А, 600 Вт-4, 800 Вт – 5 А)

Рядом с предохранителем ставят термистор. Он защищает элементы цепи от бросков тока.

При включении импульсного блока питания, происходит резкий скачок тока превышающий рабочие параметры во много раз, для борьбы с броском тока, ставится NTC-термистор, его сопротивление при комнатной температуре велико и импульс при включении гасится об него. В процессе дальнейшего воздействия тока терморезистор нагревается и выходит в рабочий режим, в котором у него низкое сопротивление и дальше на работу цепи он не влияет.

После предохранителя ставят варистор, его устанавливают параллельно нагрузке для защиты цепи от высоковольтных импульсов. При нормальном сетевом напряжении варистор не влияет на работу схемы.

При возникновении высоковольтного импульса, варистор резко уменьшает своё сопротивление и ток протекает через него, рассеивая импульс в виде тепла.

При длительном перенапряжении, варистор возросшим через него током выжигает плавкий предохранитель, защищая остальные элементы блока питания от повреждения.

(Варисторы обеспечивают защиту высоковольтной части блока питания от всплесков напряжения, а термисторы — от большого тока при включении)

После этого блока отфильтрованное напряжение поступает на высоковольтный выпрямитель (ВВ).

Выпрямитель делает из переменного напряжения, постоянное. Состоит он обычно из 4 диодов. Диоды пропускают ток только в одном направлении, при подключении их по мостовой схеме, на выходе получается пульсирующий ток одной полярности. Такую схему ещё называют «диодный мост». Иногда 4 диода можно встретить в одном корпусе, как одну микросхему.

С выхода диодного моста, пульсирующее напряжение подается на емкостной фильтр.

Его реализуют на плате как один или два высоковольтных конденсатора, включённых параллельно нагрузке.

Конденсатор запасает энергию на вершинах импульсов пульсаций и отдаёт её в нагрузку при провалах выходного напряжения моста, поэтому после фильтра получается стабильное постоянное напряжение.

Массивный дроссель с конденсатором перед фильтром, это PFC — корректор коэффициента мощности.

Он снижает резкую нагрузку на проводку и предотвращает её нагрев и повреждение. Дроссель препятствует заряду конденсатора на пике входной синусоиде и позволяет при спаде. Если этим процессом управляет отдельная схема на плате или контроллер, то это увеличивает эффективность блока питания и такая коррекция называется активной. В некоторых схемах для более высокой эффективности используют, несколько дросселей.
(APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter)

После фильтра получившееся выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный преобразователь.

Он делает из выпрямленного постоянного напряжения высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Делается это обычно двумя мощными транзисторами, которые по очереди открываются и закрываются, их частоту и скважность, задаёт ШИМ-контроллер, путем подачи сигналов на их затворы.

Чем дольше транзистор будет открыт, тем больше он передаст энергии, на первичную обмотку главного трансформатора.

Принцип работы импульсного трансформатора такой же как и у обычного, но работает он на гораздо более высоких частотах, из за чего увеличивается кпд и меньше энергии уходит в тепло, что позволяет заметно уменьшить массу и размер трансформатора, а значит и блока питания в целом.

Так как пикабу не разрешил вставлять больше картинок, продолжение по ссылке Часть 2

Часть 2. Устройство компьютерных блоков питания, схемы, компоненты⁠ ⁠

Трансформатор состоит из нескольких катушек проволоки, намотанных на намагничиваемый сердечник. Высоковольтные импульсы, поступающие в первичную обмотку трансформатора, создают магнитное поле.

Сердечник направляет это магнитное поле на другие, вторичные обмотки, создавая в них напряжение, которое зависит от количества витков.

В разных блоках по-разному реализована элементная база, поэтому пример может отличаться, но в основном, со вторичных обмоток импульсного трансформатора, снимаются 12, 5 и 3,3 вольта.

Трансформированные напряжения с обмоток дальше поступают на выходные выпрямители.

В отличии от аналога на входе, здесь ток выпрямляется с помощью силовых диодов Шоотки. В каждом таком корпусе находится по два диода, они имеют высокою рабочую частоту и низкое падение напряжения, поэтому именно их используют в качестве выходных (импульсных) выпрямителей.

После, выпрямленные напряжения с диодов поступают на выходной фильтр где сглаживаются конденсаторами и дросселями.

Обычно используют Г и П-образные LC-фильтры, так как сглаживаются высокочастотные импульсы, то большая мощность конденсаторов и катушек не нужна. Для напряжений 12В и 5В используют дроссель групповой стабилизации. 3,3 вольтовая линия стабилизируется отдельно, дросселем поменьше. Связанный дроссель, на несколько линий ставят для экономии места и уменьшения скачков напряжения при резком изменении нагрузки.

Бывают и другие схемы, например есть блоки питания в которых только одна несущая шина, в таких блоках со вторичной обмотки трансформатора снимается только 12 вольт, а напряжения 5 и 3,3 В получают из 12 В, с помощью DC-DC преобразователей, которые распаиваются на небольшой плате. В таких блоках питания выходные напряжения более стабильны.

Чтобы постоянно поддерживать напряжения на должном уровне, при изменении нагрузки. В импульсных блоках питания есть узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Выполнен узел в виде микросхемы, которая называется супервизор (supervisor).

В современных БП супервизор и ШИМ-контроллер объединены в одну микросхему. Она следит за величиной выходных напряжений. Если напряжение слишком низкое, микросхема увеличивает ширину импульсов (Скважность), пропуская больше мощности через трансформатор и увеличивая напряжение на вторичной обмотке БП. Если хотя бы одно из напряжений выйдет за допустимые пределы, то отключится сигнал Power Good, тем самым материнская плата экстренно остановит систему.

Питается этот узел, от отдельного трансформатора, со своим преобразователем.

Даже когда компьютер «выключен», 5В источник дежурного питания обеспечивает работу: часов реального времени, функции пробуждения, а также подает питание на порты USB.
(Он работает все время, пока БП подключен к сети)

Дежурные 5 вольт поступают на материнскую плату через фиолетовый провод.

Сигнал что питание в норме(PW_OK, Power Good), через серый. Через зелёный провод отправляется сигнал включения (PS_ON, Power On). Черный — это общий провод, «земля».

Эти провода вместе с линиями 3,3 оранжевыми проводами, 5 вольтовыми красными и 12 вольтовыми жёлтыми образуют главный 24-контактный разъём для питания материнской платы и устройств, подключённых к ней.

Раньше на 20 и 14 контакт разъёма выводились отрицательные напряжения 5 В белый провод и 12 В синий провод.

Они допускали небольшие токи, в современных материнских платах эти напряжения не используются. Поэтому в новых блоках этих проводов нет, либо они просто декоративные

Замыкание зелёного провода на землю (на чёрный провод), включит блок питания без подключения к материнской плате. Так его можно проверить на работоспособность

Накопители, приводы и прочие маломощные устройства питаются отдельно, от разъёмов SATA и MOLEX.

Центральный процессор и видеокарты получают дополнительное питание от отдельных разборных разъёмов

Основная мощность отдаётся через эти разъёмы по 12 вольтовой линии, поэтому важно чтобы сечение проводов было достаточным чтобы выдержать токовую нагрузку.

Обычно используют кабели с сечением — 0.5(20AWG) 0.8(18AWG) и 1.3 кв. мм(16AWG). Более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при увеличении силы тока, необходимой для нормальной работы видеокарт и процессора под нагрузкой.

Выдаваемая сила тока по всем линиям, указывается на наклейке блока питания. На ней так же указывается общая мощность.

Обычно производители указывают общую мощность которая отдаётся по всем линиям, но нужно обращать внимание на мощность, которую блок питания может выдать по линии 12В, умножив напряжение на силу тока, ведь линии 5В и 3.3В в современных компьютерах практически не нагружены.

Краткая инструкция по монтажу ретро-проводке (лофт) или как это делаю я⁠ ⁠

Сразу скажу, я не Пикассо! Объекта по ретро-проводке сейчас нет, поэтому живых пошаговых фото не будет, рисую на коленке по памяти. Это не полное руководство (каждый объект индивидуален и надо думать и решать по месту)

1.Для начала стоит определиться с расположением всех ЭУИ (кто бы сомневался) Старайтесь по возможности создавать некоторые группы, чтобы не плодить распределительные коробки (на рисунке выключатель над 2ой розеткой, центровка по крайнему механизму)

2.Все рамки (подложки/подрозетники) надо установить на свои места по уровню (если у вас бревно цилиндрическое, ловить надо и горизонт, и вертикаль, чтобы механизм не клевал носом и не задирал его). При установке на профилированный брус постарайтесь оставить расстояние между краем рамки и швом бревен около 7-8 см для изолятора или на краю бруса, чтобы изолятору достался брус целиком

3.Посчитайте количество горизонтальных линий, чтобы выбрать высоту установки РК и изоляторов. Не забывайте про окна, карнизы для штор и проемы, по возможности провода должны идти по прямой и не огибать препятствия, в тоже время провода не должны мешать тем же карнизам. На круглом бревне обычно хорошо смотрятся 1-2 провода, 3-4 нормально, более – перебор (см. рис), к тому же появляются проблемы с поворотами и проходами через стену. (Так же завит от диаметра бревна)

4.Теперь стоит установить все распределительные коробки над теми механизмами, которые не являются крайними в цепочке (см. рисунок) при этом, обратите внимание на количество проводов, подходящих к коробке, и расположите коробку «Х» или «+» (см. рис). Сразу можно накрутить изоляторы около коробки на расстоянии 5-4 см от коробки или ее подложки.

5.Теперь, когда появилось понимание по какому бревну, пойдут горизонтальные линии, ставим уровень и прикручиваем изоляторы от рамки ЭУИ (первый на расстоянии 5-4 см, если бревно, то первое бревно от ЭУИ) вертикально вверх до горизонтальной линии, последний изолятор пока не крутим. Расстояние между изоляторами в вертикальном ряду 30-40 см или через одно бревно (решить по месту)

6.На повороте провода ЭУИ и устанавливаем изолятор на начало и конец поворота (см. рис). Если параллельно идет несколько проводов – надо экспериментировать с радиусом поворота.

7.Для горизонтального ряда: меряем расстояние между крайними точками делим на потенциальное количество промежутков между изоляторами, подбираем количество изоляторов в расчете 25-40 см между изоляторами. Натягиваем шнур между крайними изоляторами и с помощью линейки размечаем места установки изоляторов по нитке. (Не всегда по уровню получается красиво, иногда надо придерживаться центра бревна, иногда параллельно потолку, бывает по уровню, зависит от того, как сложен сруб)

8.Сверлим проходы в стенах для установки стальной трубки и декоративных втулок (втулки также предотвращают от перетирания). Отверстие лучше делать вдвоем. Вымеряете точку входа, спиральное сверло по дереву 18мм ставите горизонтально и параллельно стене и сверлите, пока кончик сверла не покажется с другой стороны, сверлите навстречу. Получается ровное отверстие без сколов на выходе. Устанавливаем трубку по длине прохода за минусом втулок. Края трубки обработайте от заусенцев

9.Провода растягивать начинаем от крайнего механизма, подключили розетку/выключатель прикрутили на место накинули на первый изолятор, привязали два-три изолятора пропустили на третий-четвертый надели провод и так до поворота. Провод вяжем на начале поворота. Накидываем провод на пропущенные изоляторы – должно получиться хорошее натяжение

10.Делаем поворот без натяжки на первый изолятор в горизонтальном ряду, привязываем. Опять через 2-3 изолятора накидываем провод до распределительной коробки (запас провода в коробке около 15 см, до начала сборки коробки), привязываем крайний, надеваем провод на пропущенные изоляторы.

11.Повторяем со всеми механизмами, бра, люстрами и от распайки до распайки пункты 8-9

12.Собираем распределительные коробки (в случае открытой электропроводки отдаю предпочтение WAGO)

13.Собираем распределительный щит

1.Работу начинать, когда сруб уже дал усадку

2.Размеры для отступов от углов и проходов см. на рис.

3.Для подвязки провода можно использовать снятую тряпичную изоляцию с провода, но лучше подобрать в текстильном магазине крепкую нить в цвет

4.Не перетягивайте провода – лопаются изоляторы

5.Первый к механизму изолятор ставьте на максимально рекомендованное расстояние, в случае провисания проводов можно легко добавить натяжение сместив изолятор на 0,5-1 см

6.Для добавления натяжения неподключенного, но привязанного провода – скиньте провода с изоляторов, открутите крайний изолятор и подкрутите провод. Прикрутите изолятор на старое место, накиньте провод на изоляторы (один виток ужен неслабо натягивает). Обратное действие, соответственно ослабляет натяжение. Так-же провод можно подтянуть добавив узел на промежуточном изоляторе и добавить промежуточный изолятор

7.Для прохода через стены идеально подходит сильфонная подводка

8.Лишнее отверстие от самореза маскируем спичками

9.Изоляторы параллельных линий располагайте в одну линию горизонтально/вертикально

10.Расстояние между горизонтальными линиями 2,5-3,5 см. Между вертикальными 3,5-7 см. (7см – межосевое расстояние между механизмами, но у некоторых производителей больше – берите поправку)

11.Для фиксации втулки в бревне – подматывайте изоленту в цвет

12.Если не получается избежать перехлеста и двухуровневый изолятор негде взять. Один изолятор утапливаем в стену на 1-1,5 см (перо вам в помощь) второй изолятор укорачиваем посредством УШМ и прикручиваем длинным саморезом (рис. выше )

13.В темных местах, тех. помещениях и на большой высоте узлы можно заменить на нейлоновые стяжки в цвет.

13.Используйте по возможности РК для маскировки проходов в стенах (т.е. распайка прямо на проходе)

14.Для подъема на этаж можно использовать технические помещения/ниши или лестничный марш

15.Вероятно, для второго этажа будет смысл собрать свой РЩ

16.Примеры расположения проходов в бревнах см. на фото и рисунках

17.При сборке сруба сборщики могут оставить пометки на бревнах – где закручен глухарь, смотрите а отметки, что бы не испортить сверла

Пример использования всех этих рекомендаций можете наблюдать в моих ранних публикациях

Перегорание предохранителей ТН в автономной системе⁠ ⁠

Исходные условия:
— Электростанция на 4 машины по 12 МВт. Генераторы выдают 10 кВ, потом повышение до 35 кВ (две двухцепные линии до потребителей);
— Сеть с изолированной нейтралью;
— Характер нагрузки — активный. Коэффициент нагрузки 0,99;
— Феррорезонанс не наш случай. ОЗЗ отсутствуют, небаланс в треугольнике только при коммутациях;
— Предохранители — китайские XRNP6 40,6KV 0,3A. Они, как оказалось не образуют разрыв при перегорании, а происходит необратимое увеличение сопротивления. Вероятно это происходит из-за спиральной намотки нити, а при перегорании слабого места образуется искровой разряд (фиксировался сильный нагрев при замене предохранителей);
— Трансформаторы напряжения ЗНОЛП-35, о производителе умолчу. В нейтрале резисторов нет, в треугольнике установлен варистор.

Как фиксировалось перегорание предохранителей.
Один из генераторов начал входить в сеть при синхронизации с повышенным напряжением. Показания на терминале РЗА показывали снижение напряжения одной из фаз на 5 % относительно остальных. Вытащили предохранители, сопротивление перегоревшего 50 кОм, остальных 16 Ом. Дальше так фиксировали перегорание, по снижению напряжения отдельных фаз. За лето перегорело около 12 шт.

В чем причина?
В нормальных условия ток в первичной обмотки ТН составляет несколько десятков мА. Увеличение тока нагрузки, в том числе и короткое замыкание на выводах вторичных обмоток ТН, не вызовет перегорание предохранителя в первичной обмотке (был опыт КЗ на выводах ТН, литой корпус треснул, а предохранители целые и невредимые).
При феррорезонансе происходит насыщение магнитопровода ТН и снижение индуктивного сопротивления, в результате растет ток в первичной обмотке ТН. Тут происходит вывод ТН из режима с помощью вспомогательных устройств (варистор в цепи треугольника) или перегорание предохранителей. Феррорезонанс фиксируется по напряжению на треугольнике, которое превышает 120 В вторичных. Это не наш случай, т.к. напряжение на треугольнике в лучшем случае составляло 20 В вторичных, что мало даже для переходного ОЗЗ.

Итого имеем:
— ток в первичной обмотке ТН, как при феррорезонансе;
— феррорезонанса в сети нет.

Что же показали осциллограммы?
Ниже показаны осциллограммы при отключении ВЛ 35 кВ.

А вот и гармонический анализ.

Как видно из осциллограмм, в сети при отключении ВЛ 35 кВ возникает постоянная составляющая напряжения. Из-за чего она появилась, разберемся чуть позже. Сейчас посмотрим, что происходит с ТН при напряжении постоянного тока.
Основное сопротивление первичной обмотки ТН является индуктивным, а вот активное сопротивление обмотки всего 3,9 кОм для ЗНОЛП-35. Для постоянного тока сопротивление ТН имеет только активную составляющую, поэтому при коммутации ВЛ 35 кВ ток протекающий по первичной обмотке ТН превышает 2х кратный номинальный ток предохранителя.

Примечание: Трансформатор не трансформирует постоянный ток из одной обмотки в другую, но трансформирует изменение постоянного тока. Положительная волна — это увеличение напряжения постоянного тока в сети, а отрицательная волна — это снижение напряжения постоянного тока. Поэтому фактическое значение напряжения постоянного тока в сети 35 кВ при коммутациях может быть, как больше, так и меньше. Длительность протекания постоянного тока является суммой всех волн на осциллограмме.

Откуда постоянное напряжение в сети 35 кВ?
У переменного тока есть частота и напряжение. Частота регулируется топливными регуляторами на первичном двигателе, а напряжение током возбуждения. При дефиците активной мощности в системе происходит снижение частоты, при избытке — увеличение. Так же и с реактивной мощностью, если ее избыток, то напряжение в узле повышается (например при подключении статических компенсаторов).
Если в системе 10 МВт, то дефицит в 100 кВт не вызовет значительного снижения частоты, а вот дефицит в 1 МВт может снизить частоту и до 45 Гц, но тут зависит от регулирующего эффекта нагрузки. С частотой пример более показателен, чем с напряжением, но у напряжения есть особенность.
Система имеет определенную емкость, а напряжение на емкости не может изменяться скачком, поэтому при значительной просадке или скачке реактивной мощности в системе, происходит появление апериодической составляющей. Величина этой составляющей зависит от величины просадки/скачка относительно общей мощности системы.

В исходных данных написано, что коэффициент нагрузки около 1, суммарная потребляемая реактивная мощность в системе около 800 кВАр летом, 2500 кВАр зимой (зимой предохранители и не перегорали). В нашем случае ВЛ 35 кВ является большим распределенным конденсатором с зарядной мощностью 200-400 кВАр, поэтому при отключении ВЛ дефицит в системе составляет до 50 %, что вызывает появление апериодической составляющей большой величины, которая вызывает перегорание предохранителей.

Решение проблемы.
Завод-изготовитель ссылается на то, что на электростанциях ЗНОЛПы плохо работают из-за содержания гармоник в сети и предлагают купить НАЛИ с предохранителями в 1 А.
Владелец оборудования хочет просто увеличить номинал предохранителя на ЗНОЛП.
Я вижу решение в установке резисторов в нейтраль группы ТН для ограничения протекающих токов. На линейные напряжения это не окажет никакого влияния (счетчики, пуски по напряжению, дистанционная защита), но для треугольника изменится коэффициент трансформации.

Примечание.
Все вышесказанное является моим мнением. В подтверждение выступает перегорание предохранителя на ТН при многократной коммутации ВЛ 35 кВ (зарядная мощность линии 350 кВАр), когда искали связь между коммутациями и перегораниями предохранителей.

Таблица подсчета розеток/выключателей/рамок. ⁠ ⁠

Когда я работал в магазине электротоваров регулярно приходилось считать ЭУИ и рамки к ним по зарисовкам заказчиков или их работников, тогда я это делал на бумаге и неплохо набил на этом руку. Но у некоторых продавцов консультантов это выходит не слишком быстро и качественно. Для автоматизации процесса я решил создать таблицу в google, а затем перенес ее в Excel (последний мне нравится больше). Таблицей я намерен поделиться ссылки будут ниже, а пока краткое описание:

Это страница «Сводка» первоначально ее надо заполнить под себя и сохранить как шаблон:
— Наименования всех типов ЭУИ какие у вас могут быть (если не достаточно того, что ввел я)
— Цвета механизмов (или например серия + цвет, как удобнее будет)
— Цвета рамок (аналогично механизмам)

Потом переходим на страницу «Ввод данных»
При добавлении новой строки указываете комнату
цвет механизма, цвет рамки и наполнение постов выбираете из выпадающего списка (подтянутся варианты со страницы «Сводка»), когда вы выбираете механизм для поста — ячейка окрашивается, считая количество постов в рамке

После заполнения страницы «Ввод данных», возвращаемся на «Сводка»
При выборе нужного цвета в крайней правой таблице («Текущий цвет») в списке ЭУИ и рамок останется только то количество, которое соответствует выбранным цветам.
Кроме того, общее количество механизмов и постов в рамках и количество установочных коробок

ЗЫ Отдельное спасибо @XaXa3Pa3a

Как показываются 13003D в Транзистор-тестере⁠ ⁠

Выпаял из драйвера люминисцентных ламп пару транзисторов 13003D и для проверки засунул в Транзистор-тестер на MEGA328. И с удивлением обнаружил довольно странные показания, оказывается это PNP с защитным диодом! Хотя всегда и во всех справочниках был просто NPN.

После переворота мордой к экранчику, показания поменялись

Тут уже более похоже на правду. Но диод остался.

Транзистор-тестер обычный, китайский, фиг знает какая версия прошивки, на экран не выводит.

Еще он глючил на китайских полевых транзисторах

Электрошашлык и электрояйца⁠ ⁠

Не смотря на то, что электричеством пользуемся с детства, не всегда в полной мере используем потенциал в силу многих причин. Прогресс на месте не стоит. Отслеживать появление новых гаджетов, и приборов облегчающих быт не то, чтобы не успеваем, а просто сходим с дистанции, сдавая позиции не соревнуясь. Вот так мимо, чуть не проскочил такой очень нужный и полезный прибор. Это электрошашлычница. Итак, электрошашлык. Мясо-ошеек из фермерского магазина, почти килограмм. Больше ,за раз в нашей электричке не пожарить. Соль, черный перец, лук, растительное масло. Хороший кусок мяса не нуждается ни в каких улучшителях. Он сам по себе хорош, если зажарить с корочкой.

Мясо нарезаю кубиками меньшего размера, чем для жарки на мангале. Лук полукольцами. Посолил, поперчил, масла добавил не скупясь-грамм 70. Хорошо все вымешиваю. И на час-полтора оставляю в закрытой емкости.

Крупную луковицу нарезаю кольцами. Сахар-одна чайна ложка, щепоть соли, две столовых ложки яблочного уксуса.

Хорошенько перемешиваю. Добавляю ложку сумаха. Накрываю и оставляю в сторонку. Пусть постоит, промаринуется.

Достаю электроприбор. Ничто так не напоминает о лете как шашлык. Поэтому, зимними выходными, электрошашлычница на нашем столе желанный гость, и как альтернатива летним обедам, и ужинам на террасе. Пять вращающихся шампуров, чашки для жира.

Нанизываю мясо на шампуры.

Пока шашлычница греется. Это несколько минут.

Накрываю. Засекаю время 15.16.

Кухня наполняется ароматом, даже нет желания включать вытяжку!

Открываю. Время 15.33.

17 минут — шашлык готов! Практически как и на мангале. Маринованный лук-обязательное дополнение к шашлыку.

Полностью прожаренный, сочный, мягкий! В общим, все как летом!

Очень достойный прибор для приготовления шошлов по быстрому. Не первый год в эксплуатации. Делаем из рыбы и курицы иногда. Бывает по два раза заправляем. У меня есть еще один комплект шампуров на вторую партию, если что. Ни разу не пожалел о потраченной тысяче. Второй электрический прибор, который оказался у меня в руках, не менее нужен в быту. Это яйцеварка. Работает очень просто. Вместимость -3 куриных яйца.

На мерном стакашке есть затупленная иголка. Ей прокалываю широкую часть яйца.

По таблице определяем сколько нужно залить мерным стаканчиком воды в прибор. В моем случае 20 мг.

Включаю в розетку, накрываю прозрачной крышкой, нажимаю кнопку старта.

Как только яйцо готово прибор подает сигнал.

Отключаю кнопкой прибор. Вытаскиваю горячее яйцо. Можно и подождать, что бы остыло или окунуть в холодную воду. Я люблю горячее, всмяточку-что бы белок весь схватился, а желток есть ложкой. Прибор удобен тем, что не нужно кипятить воду в кастрюле, не нужно мыть кастрюлю и самое главное , яйцо получается именно таким как нужно. А поймать хорошо сваренное всмятку яйцо, не всегда получается. Дети сами яйца варят, что не маловажно.

Да простят меня дизайнеры. ⁠ ⁠

На самом деле, дизайнеров я очень люблю! Они помогают строителям, отделочникам, электрикам, сантехникам. зарабатывать себе на хлеб. По этому прошу рассматривать статью не как упрек, а как ценное наблюдение.

Хочу рассказать какие недосмотры наиболее часто встречаются в дизайн проектах. (реальные примеры показывать не буду, чтобы ни кого не дискриминировать, максимум свои зарисовки или картинки из свободных источников)

Первое. Источники света без выключателя

Обычно такое встречается когда в комнате много источников света и какой-то выходит из внимания. На Рис. 1 — это люстра

Второе. Механизмы, которых не существует

Тут рисовать нет смыла, речь идет о механизмах которые встречаются у ограниченного числа производителей. К тому же многие еще и покинули Россию. Про какие механизмы идет речь:

Двухклавишный перекрестный переключатель

рамки на 5 и более постов

Другие информационные розетки

Третье. На одном плане механизмы есть, а на другом плане или развертке их нет, или находятся на другом месте

На развертке (рис. 2) материализовалась розетка, а выключатель съехал на 5 см

Четвертое. Вывод кабеля питания кондиционера под чистовым потолком

Но питание в кондиционер обычно заводится в нижнюю часть, к тому же над кондиционером надо оставлять место для забора воздуха.

Пятое. Отсутствие предусмотренных ниш для размещения блоков питания светодиодной подсветки

Не всегда есть возможность разместить БП в электрощите, ввиду удаленности от такового. Толщина стен и габариты БП могут не позволить разместить БП в стене за выключателем. Лучше предусмотреть ревизионный люк в потолке в незаметном месте или выделить место в шкафу

Шестое. Подбор техники без учета выделенной мощности

Чаще всего это индукционная варочная панель в старом фонде, но может быть, конечно, и электросауна

Седьмое. Использование символов ГОСТ не по назначению

На рис. 1, например, символом 1кл переключателя для открытой проводки обозначен 2кл выключатель для скрытой. В больших проектах такие обозначения могут заставить тратить время на поиски переключателя со второго места. Обозначений по ГОСТ конечно не достаточно, не не стоит коверкать их смысл. Если есть заинтересованные, поделюсь своим набором элементов для создания планов в MS Visio

Восьмое. Отсутствие отдельного выключателя для управления вытяжкой в с/у

Конечно это могло быть согласованно с заказчиком, но лучше заложить линию на будущее, дабы не портить дизайнерский ремонт из-за такой ерунды

Девятое. Розетки для точек доступа

Часто встречаю упоминание (напоминание) про розетку для роутера. Но этого бывает недостаточно, когда у вас большая площадь, несколько этажей, экранирующие перегородки и перекрытия стоит позаботиться о распределении розеток для WiFi, для покрытия всей площади, в идеале стоит использовать бесшовный WiFi

Десятое. Расположение розеток на стояках

На рис. 3 подобная ситуация, по плану закрыть стенкой стояк отопления или канализации. А потом, когда стенка уже вроде есть на новом плане, появляется мысль поставить на нее розетку. На рисунке красным пунктиром нарисована установочная коробка и то, как она перекрывает стояк.

Одиннадцатое. Пляшущие точки привязки

На рис. 4 отступы для блока из четырех розеток указаны кроде как от края стены до центра блока. По факту такое не возможно — блок выйдет за пределы стены! Видимо расстояние было указано между стеной и краем рамки или центром крайнего механизма. Когда указание размеров пляшет в проекте подобны образом, под сомнение попадают и расстояния подобные указанным между блоком из 4х и 2х розеток

Это все, что пришло сходу в голову. Пишите в комментариях что вспоминается вам.

Нашел на чердаке заброшенного дома советский проигрыватель⁠ ⁠

Спасибо тебе неизвестный за донат!

Очередное лазанье по чердакам заброшенного дома принесло неожиданную находку. Там был найден старый советский электропроигрыватель:

Слегка потертый, но. Целый. Даже переключатели все на месте, что редкость:

Называется он «Юность 301»:

Шильдик тоже на месте. Увидав отсутствие болтов, подумал колонки — выдрали:

Не — все на месте. Даже пластинка стояла:

Отдельно про ручки управления — переключения. Сколько я подобной техники не находил, обычно они сломаны или отсутствуют. А тут — все:

Замки запирания-тоже все на месте:

И в рабочем состоянии, как и петли:

Весит — тоже хорошо:

Короче -цел старичок. Отерев его пыли, чтобы продемонстрировать вам, я поделился фоткой в одной из социальных сетей. Частью подписчиков там являются перекупы. Немедленно написал один из них, предложив за проигрыватель 3000 рублей, если рабочий!

Включил в розетку — чуда не произошло — лампочка не загорелась. Проверил тумблер — включен.

Говорю — не работает. Тот — тогда 500 рублей. Да тоже деньги.

Так вот, вспомнил, что есть знакомый ремонтник, который чинил еще ламповые телевизор! Тот говорит — 90% даю, что отремонтирую.

Вот такая вот находка.

С уважением, Евгений Хрусталев.

Материал ранее был опубликован в моем блоге «Поиск интересного с Хрусталевым» Там все мои поиски, обзор находок, байки и прочее.

Топ 12 товаров «собери сам» для любителей двигателей и научных экспериментов⁠ ⁠

1) Модель двигателя Стирлинга

Познавательная модель двигателя внешнего сгорания, для запуска потребуется 95% чистый спирт. Цена такого набора около 3 300 руб.

2) Модель двигателя Стирлинга с спиртовой лампой 2х цилиндровый

Очень интересная модель двухцилиндрового двигателя. Цена такой модели около 3 000 руб. без учёта доставки.

3) Одноцилиндровый двигатель Стирлинга

Такой же двигатель, только одноцилиндровый. Стоимость около 900 руб. без учёта доставки. Ссылка на модель.

4) Самоходный танк с двигателем внешнего сгорания

Стоимость такого танка около 5 000 руб. без учёта доставки.

5) Сборная модель двигателя V8

Довольно сложная механическая модель для сборки двигателя. Стоимость около 50 000 руб. без учёта доставки. Ссылка на источник.

6) Трехцилиндровый паровой двигатель

Стоимость такого удовольствия 48 000 руб. Ссылка на двигатель

7) Двигатель с нагревательным бойлером

Ретро-двигатель, стоимость модели около 10 000 руб. Ссылка на набор

8) Модель бензинового двигателя

Набор для сборки мини-бензинового ретро-двигателя. Стоимость этой модели около 20 000 р.

9) Двигатель на спирту

Тоже довольно интересная модель спиртового двигателя, стоимость около 20 000 р. Ссылка

10) Метаноловый двигатель

Двухцилиндровый метаноловый мини-двигатель. Стоимость такого чуда-техники около 39 000 руб.

11) Авиационный турбовентиляторный двигатель

Для любителей авиации и авиатехники, модель для сборки двигателя самолёта. Стоимость около 15 000 руб. без учёта доставки. Ссылка на двигатель.

12) Модель 16-цилиндрового авиационного двигателя

Стоимость такой модели около 68 000 р. Осторожно, можно улететь=))

Что получаете, покупая Гаусс с цоколем GX53⁠ ⁠

Сегодня мы поговорим с вами о светодиодной лампе для натяжных потолков от именитого производителя Гаусс.

Гаусс — несомненный лидер отрасли, хотя к этому можно относиться по-разному. И это хорошо, что у нас существует такая обратная связь, зачастую производитель смотрит не на то же, что и клиент. А читать мысли друг друга, увы, пока нету способа.

Ну что же, давайте сразу к делу. Производитель обещает нам 8 Вт мощности своего изделия. Рад бы поверить, да вот обычно завышает производитель мощность лампочки где-то на 10-20%. Сработало ли это правило на этот раз?

На входе 220 Вольт, включаем лампу и при первом включении наблюдаю 8,5 Вт. Очень хорошо!

Все же стандарт, который должен быть в нашей электросети 230 Вольт, изменяю напряжение до него и смотрю на результаты. Мощность чуть понизилась и стала равно 8,3 Вт.

Оставлю лампу поработать 15ть минут, посмотрим что из этого получится. После прогрева лампы наблюдаю прекрасный результат — 8 Вт мощности, ровно то, что заявлял производитель.

Давайте посмотрим теперь на эту лампочку с точки зрения качества света. Гаусс обещает цветовую температуру 4100 К. По факту же получилось 3943 К. Коэффициент цветопередачи был заявлен более 90, а по факту — 80.

Также Гаусс утверждает, что у этой лампы отсутствуют пульсации, давайте убедимся в этом сами! Пульсации оказались равными 1.32%. С точки зрения стандартов все хорошо, пульсации ниже 5%, но все же я ожидаю от лидера отрасли лучшего результата, т.е пульсаций менее 1%.

Настало время померить освещенность от лампы. Лампочка расположена в метре над плоскостью стола, прямо под ней расположен люксметр. Итак, при 220 Вольтах на входе, освещенность равна 360 Люкс. При изменении напряжения до 250 Вольт освещенность не меняется. А если упадет до 170 Вольт? Нет — ничего не меняется, 357 Люкс на приборе. Очень хорошо, лампа является устойчивой к изменению напряжения в сети. Если же хотите посмотреть этот тест на видео, то прикрепляю ссылку на ютуб:

Гаснет же таблетка от Гаусс при напряжении в 70 Вольт. Да, такую лампу вполне можно использовать где-то в деревне, где напряжение не столь стабильно.

Рассмотрим работу лампочки с выключателем с подсветкой. Никаких нареканий нет, все работает как надо.

Размеры лампы соответствуют указанной на упаковке.

Температура на колбе лампочки ровна 49 градусам. Радиатор лампы же с ее обратной стороны нагревается до 42 градусов. Хороший результат, лампа холодная. Проработает долго.

Диаграмму освещенности таблетки GX53 от Гаусс можете увидеть на графике далее. Важно, что у меня получился световой поток равный 579 Люмен, в то время как объявлен производителем был поток в 690 Люмен.

Итак, пора заглянуть внутрь лампочки. Снимаю колбу. Диодная плата прижата к корпусу парой саморезов. На плате 18 корпусов светодиодов, все соединены последовательно, внутри каждого корпуса угадываются два маленьких кристалла, но это мы еще уточним.

Настало время измерить температуру платы. После получаса работы, температура составляет 59 градусов по Цельсию.

При более близком рассмотрении в каждом корпусе светодиода явно просматривается пара кристаллов.

Прямое падение напряжения на нормально светящемся корпусе светодиода — 6 Вольт.

Ток в цепи питания светодиодов — 68 мА.

Разбираем лампочку дальше… Открутив саморезы и ослабив разъемные соединения, я просто могу подковырнуть диодную плату и снять ее. Под ней наблюдается термопроводящая паста. Нанесена двумя пятнами, довольно небрежно.

Чтобы вынуть плату, приходится применить довольно большое физическое усилие и только тогда провода питания поддаются.

На плате можно наблюдать импульсный драйвер, честный дроссель, электролит от правильной фирмы — производителя. Если интересно то же самое, но на видео — опять же, вот ссылочка:

На этом все. Гаусс в этот раз скорее порадовал. Но все же надо понимать, что лампа в 8 Вт — это довольно комфортные условия для производителя. Более мощные лампы произвести холодными и качественными — вызов не из простых.

Очень было бы почитать ваши комментарии, считаете ли вы подобное качество света приемлимым?

Интересные находки из Алиэкспресс для любителей электроники — самостоятельной её сборки и пайки⁠ ⁠

1 — FM- радио. После сборки должно работать =)

Комплект для самостоятельной сборки радиоприемника. Ссылка на набор, стоимость без учёта доставки 361,28 руб. (версия с цифровым индикатором 602 рубля)

2 . Набор для самостоятельной сборки Bluetooth музыкальной колонки.

Цена 753,77 руб. без учета доставки. Ссылка на колонку

3 — Набор для самостоятельной сборки электронных часов

Цена набора на Алиэкспресс 671,06 руб. Ссылка на набор

4 — Катушка Тэслы

Стоимость 2600 р. без учета доставки. Ссылка набора

5 Набор «сделай сам», электронный инфракрасный термометр

Стоит такое чудо техники 2400 руб. без учета стоимости доставки почтой. Ссылка на термометр

6, Сборный полноприводный программируемый робот-автомобиль

Довольно интересный набор для детей и взрослых, стоимость 3200 ру. Ссылка на набор

7 — Камера с антенной

Набор камеры для беспроводного наблюдения. Ссылка на набор

8 — Стартовый подарочный набор для начинающего электроника

Уникальный набор с множеством плат, электроники + руководство. Ссылка на набор

О закалке стали 3⁠ ⁠

«Сама по себе закалка стали – довольно распространенный и хорошо изученный процесс, описанный во многих умных книгах, но вот только описан он такими умными и непонятными словами, что обычные люди, такие как мы с вами, запутаются на второй странице и не вынесут для себя ничего полезного. Мы же поставили себе цель не запутаться и сойти с ума от обилия непонятных терминов и формул, а разобраться…» (Ю. Иванов «Азбука ножа»)

Сталь есть сплав железа с углеродом – это все знают. В нагретой до определенного момента стали углерод находится в растворенном виде. Сам углерод в сталь проникнуть не может, для этого ее надо нагреть докрасна в науглероживающей среде – это процесс цементации. Запомните это слово похожее на всем известное «цемент». Цемент (лат. caementum — «щебень, битый камень»)

Углерод можно добавить и в расплавленную сталь, как повар добавляет в суп специи. При получении стали из чугуна, углерод наоборот «вынимают» различными способами. Все это только для понимания того, что без углерода стали не бывает. То есть, любая сталь состоит из железа и углерода, плюс некие специи, которые добавил повар в этот стальной суп при варке.

Кстати, это очень точная аналогия, хотя и не моя. Когда у меня спрашивают, как и где я варю сталь, то довольно правдиво отвечаю: «На даче, в горшочке». Мне, конечно, не верят, думая, что шучу. Однако, если под дачей понимать расположенную за городом небольшую мастерскую, а за горшочек — шамотный тигель, то все остальное совершенно точно. И специи по ходу варки добавлять приходится, и помешивать иногда, и смотреть – готово или не готово мое варево.

Несколько лет назад в свет вышла книга «Азбука ножа» инженера-конструктора одного из уральских предприятий Юрия Иванова. В этой книге автор простым языком в форме дружеской беседы пытается представить читателю свой взгляд на теорию резания. Аналогия про повара из этой книги. Мне очень приятно, что я был консультантом при написании одной из ее глав. Позволю себе привести еще парочку интересных сравнений оттуда.

«Представим себе, что наш кусок стали состоит не из каких-то невидимых фигур, а, скажем, из тряпичных сумок, с которыми мы ходим в магазин за продуктами. Развесим эти сумки на веревку, одна за другой, рядом натянем еще веревку с сумками, потом еще и еще. Зрелище фантастическое – поляна, поле, целый аэродром затянут рядами веревок, на которых болтаются подвешенные авоськи. Мы можем подойти и смять каждую сумку, сложить ее пополам, вчетверо – как угодно, ведь это просто кусок материи. Даже простой ветер заставит эти сумки болтаться в разные стороны.

Теперь давайте представим, что кто-то огромный … в каждую насыпал доверху яблок или картошки… Теперь каждая сумка уже не просто бесформенная тряпка, а тугой раздувшийся мешок… каждую сумку со всех сторон подпирают такие же раздувшиеся соседи и все вместе они образуют нечто плотное и крепкое… Мы увлеклись фантазиями, но именно сейчас на наших глазах произошел процесс, который на языке специалистов называется закалкой стали… Чтобы не томить любознательного читателя, сразу скажу, что под развешенными на аэродроме сумками мы подразумевали мельчайшие частицы железа, картошка в этих сумках выступала в роли частичек углерода, которые каким-то образом смогли туда проникнуть, а весь этот картофельно-сумочный аэродром и есть кусок стали, внутри которого мы путешествуем».

Кому-то эта аналогия покажется не совсем подходящей, не спорю, но главное сделана попытка объяснить сложное простыми словами. А так как я уверен, что автор книги на меня не обидится, дам еще одну большую цитату. И то, что написано в ней очень важно уяснить, так как на этом процессе и основана закалка любых сталей.

«Для растворения углерода в стали наш слиток необходимо нагреть до определенной температуры (около 740…850 градусов) и выдержать некоторое время. Этот процесс очень похож на растворение поваренной соли в воде – в стакане очень холодной воды мы вряд ли сможем растворить даже чайную ложку соли, сколько бы ее ни перемешивали. Но если в этот же стакан налить кипяток, то в нем эта ложка соли без труда растворится за несколько секунд. Добавим еще ложку соли – растворилась, добавим еще – опять растворилась, еще и еще… В результате мы получим очень соленую воду, в которой соль уже не сможет растворяться, как бы мы не старались».

Причины и механизмы растворения углерода в стали, как и его выделения в определенных условиях, нам для закалки знать не обязательно. Древние мастера вообще не знали что такое углерод и градусы, однако сталь калили и, пишут, иногда очень неплохо получалось.

Замечу, что как бы мы не старались мы не сможем запихнуть в железо больше 6,67% углерода. Да нам столько и не нужно. Обычно производители ножей работают со сталями с количеством углерода в них 0,35..1,2%. Я лично с несколько большим — где-то 1,5…2,2%, но, как вы увидите ниже, серьезной разницы в закалке любых сталей нет, нужно учитывать только температуру нагрева под закалку, чтобы растворить как можно больше «соли» и скорость остывания.

«Если теперь мы оставим наш рассол спокойно остывать, то через некоторое время увидим, как соль начнет выпадать в виде кристаллов, и чем сильнее будет остывать наш стакан с рассолом, тем больше соли выпадет в осадок, то есть, при охлаждении вода в стакане будет становиться менее соленой, поскольку соль будет выделяться из воды и выпадать в стакан в виде кристаллов.

Давайте теперь попробуем охлаждать наш пересоленый кипяток не постепенно, а резко, чтобы он за несколько секунд превратился в лед. В этом случае мы не увидим никаких кристаллов выделившейся соли – она просто не успеет вырасти в кристаллы и выпасть в осадок, в результате чего мы получим очень соленый лед. К чему мы затеяли этот соленый эксперимент? Да к тому, что растворение углерода в железе, равно как и выпадение его обратно при медленном охлаждении происходит точно так же, как и соль в воде – природа этих процессов одинакова и изменить ее мы не в силах.

Отсюда следует простое правило – чтобы закалить сталь, то есть сделать ее более прочной и твердой, ее необходимо нагреть до определенной температуры, выдержать какое-то время (чтобы углерод успел полностью раствориться в железе) а затем резко охладить. Именно при резком охлаждении углерод не успеет выделиться из железа (картофелины не успеют повыскакивать из сумок) и наш будущий нож станет твердым и прочным».

Температура при которой в стали начинается растворяться углерод, называется критической точкой стали и обозначается Ас1. Вообще-то, слово «критическая» как-то путает и немного пугает, сразу представляется что-то опасное и неудобное. Поэтому для лучшего понимания определение «критические точки» проще заменить на «нужные точки». Это для стали они может быть и критические, а нам без них в закалке – никуда.

Эти нужные нам критические точки в 1886 году открыл наш соотечественник Д.К. Чернов, поэтому эти точки называют еще точками Чернова. Они всегда обозначаются буквой «А».

Первая нужная точка, (а критические, но нам не нужные, я постараюсь не упоминать), лежит на температурной линии в 727 градусов. Эту линии еще называют линией эвтектоидного превращения. Только для закалки эта линия нам особо-то и не нужна, поэтому позже заменим ее другой, пусть и не совсем критической, но более полезной.

Для понимания: эвтектика – это механическая смесь двух или более видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости (нашего солевого раствора). Так как из солевого раствора выделяется только один вид кристаллов, то никакой эвтектики там нет. Однако, если бы одновременно выпало в осадок еще что-то отличное от соли, допустим известь, то была бы и мы смогли бы начертить диаграму, а выпавшие кристаллы извести и соли у нас стали бы фазами.

Фаза — это то, что имеет четкую границу, то есть, — составляющая смеси, резко отличающихся от других составляющих.

Почему такая важная критическая линия PSK на диаграмме железо-углерод нам не нужна?

Да потому что мы редко имеем дело с чисто углеродистыми сталями, а легирующие элементы двигают эту линию по температурной шкале туда-сюда: одни ее повышают, другие понижают. Большинство, конечно, повышает, поэтому для каждой марки стали критические температурные точки — точки необходимого нагрева, когда в ней начинает растворяться углерод, и охлаждения, когда он выделяется – разные. Да и для закалки стали при нагреве температура должна быть немного выше этих точек, чтобы углерод растворялся активнее.

Для наиболее распространенных сталей закалочная температура находится в пределах 760-860 градусов, поэтому вторую нужную нам линию в нашей будущей закалочной таблице можно провести по температуре в 850. Это будет некая усредненная температура закалки.

Если рассматривать диаграму железо-углерод, то правая часть с чугунами нам не нужна. Не нужна и верхняя с расплавами, поэтому диаграмму спокойно можно урезать вот до такого вида еще и срезав ее до температуры 1100 градусов.

Но даже такая упрощенная схема нам мало поможет, потому как есть еще высоколегированные популярные у любителей ножей стали и их температура закалки не будет попадать в обозначенную на рисунке область закалочных температур. Поэтому придется поработать с новыми терминами для лучшего понимания процессов и начертить свою упрощенную но понятную закалочную схему для всех классов популярных ножевых сталей.

Сразу прошу прощения за то, что вряд ли смогу обойтись без специальных терминов, но что поделать – структуры стали и закалка даже сейчас остаются великим колдунством. Например, при одной и той же температуре закалки некоторые стали могут закалиться, а могут и не закалиться вообще. Дело здесь в направлении закалки – снизу вверх или сверху вниз по температурной шкале. То есть, нагреваем мы сталь до нужной нам температуры, или остужаем ее.

То, что углерод растворяется – это непонимания, думаю, не вызывает. А вот на слова что он выделяется, сразу возникает вопрос: «в каком виде?».

Углерод выделяется в виде его соединения с железом в форме карбида железа – Fe3C. Это самая твердая фаза, какая может только быть в стали. Называется она цементитом, видимо от того, что под микроскопом похожа на битые камни, в вязкой перлитной матрице. Но это не точно. Проскочило слово «перлитной», так вот «перлит» — это основная, ключевая фаза большинства сталей. Состоит перлит из феррита (железа) и цементита – карбидов железа.

Здесь все очень просто – все стали состоят из феррита и цементита, потому как больше не из чего. То есть, если простыми словами, все стали состоят из железа и соединений углерода с ним. А разные структуры получаются по причине дисперсности (измельчения) этих структур и формы соединений углерода.

Проще всего представить перлит можно в виде цементно-песчаной смеси, где связующее — цемент выступает в роли железа, а песок в виде цементита – Fe3C. А так как песок может быть мелким, крупным по фракции, то и названия таких смесей разные, хотя основа одна – цемент и песок.

Помимо мелких частичек и чешуек цементит может образовывать крупные карбиды – камушки или, если принимать во внимание его большую твердость и хрупкость, «алмазы». Скопления карбидов и выглядят под микроскопом как скопление маленьких блестящих алмазиков. Если в нашу цементно-песчаную смесь добавить немного щебня, это и будет очень похоже на структуру такой стали – перлит плюс цементит.

Надеюсь, всем понятно, что количество, размеры, форма нашего «щебня» очень сильно влияют на свойства получаемого «бетона» или стали в нашем случае? Если щебня не очень много – свойства мало будут отличаться от свойств цементно-песчаной смеси, если только один щебень, а смеси мало, то наш бетон будет очень хрупким, хотя и твердым.

Есть в стали цементит в виде карбидов (битый камень) или нет, очень важно знать для определения режимов закалки и получения нужных нам свойств. Приправы в виде легирующих элементов изменяют свойства карбидов, делая наш щебень более тугоплавким и более твердым. То есть, изменяется состав карбидов – он усложняется, и изменяются свойства нашего связующего железа. Если проводить аналогии, то с добавлением легирующих в сталь (бетон) наш цемент становится не трехсотой марки, а пятисотой, только и всего. И при этом щебень стал прочнее – из мрамора с твердостью 6 превратился в кварц с твердостью 7 по Моосу.

В так называемой «алмазной стали» нет никаких алмазов, но зато там много легированных вольфрамом твердых карбидов, которые упрочняют мартенсит. «Мартенсит» — еще одно слово, которое надо запомнить. Это собственно та структура, которую нам нужно получить при закалке. Это структура представляет собой не песчано-цементную смесь, а наш замороженный лед – твердый раствор углерода в альфа-железе, часто в перемешку с битым камнем – карбидами.

Я написал твердый раствор в альфа-железе специально, чтобы потом сказать, что бывает еще один твердый раствор – раствор углерода в гамма-железе. И это важно, потому как раствором в альфа-железе мы режем, а с раствором в гамма-железе работаем при закалке. Ну, такое вот оно железо – при нагревании меняет свои свойства и кристаллическую решетку. Есть еще и бета-железо, и хотя про него говорят мало, как важный элемент закалки оно нам понадобится.

Итак, пока мы знаем основные фазовые составляющие стали, состоящие из разнокалиберного железа и углерода: перлит, цементит, мартенсит. Чтобы закалить сталь, нам нужно из смеси железа и углерода – перлита или перлита с цементитом, получить твердый раствор углерода в железе — мартенсит. Из цементно-песчаной смеси с гравием сделать очень соленый лед. А для этого, как вы помните, нужно просто нагреть сталь до определенной температуры.

Причем нужно понимать, что нагрев стали под определенную температуру и остывание стали до этой температуры приведет иногда к совершенно разным результатам при закалке. И диаграмма железо-углерод (цементит) нам в закалке поможет не много, так как она описывает идеальные условия: изменения в углеродистых сталях при очень медленном нагреве. Поэтому ее проще забыть и нарисовать свою закалочную таблицу, ориентируясь при этом не на термопары и муфельные печи, а на тысячелетний опыт мастеров работающих со сталью.

Эта часть рассказа о закалке вышла какой-то уж слишком фантазийной по причине множества аналогий, зато следующая будет сугубо практической с минимумом определений и сравнений. Но это не точно. Добавлю только еще один термин, чтобы читатель мог понимать и представлять процессы, происходящие в стали. Хотя можно обойтись и без всего этого, как обходились без знаний о фазах и структурах наши предки. Определить углеродистая перед вами сталь, легированная или нержавеющая довольно просто. А это необходимо знать перед закалкой.

Как сделать атомную бомбу⁠ ⁠

В середине прошлого века устройство атомной бомбы было строжайшей тайной. Только крайне ограниченный круг учёных, приближённых к правительствам великих держав, был посвящён в этот секрет. Прочим же смертным полагалось лишь знать, что к делу имеет какое-то отношение формула E=mc², что нужен уран и что всё это очень сильное колдунство.

Сейчас всё изменилось. Ныне устройство атомной бомбы можно узнать из открытых источников, но по-прежнему мало кто представляет, как работает самое страшное оружие человечества. А разобраться стоит. Например, чтобы определять, где в книгах и фильмах фантастические допущения, где антинаучная чушь, а где автор справочник прочёл, но ничего не понял.

Шаровой заряд

Атомное оружие основано на эффекте цепной реакции. Ядра некоторых изотопов тяжёлых металлов нестабильны и, захватив пролетающий мимо нейтрон, немедленно распадаются. При этом возникают как крупные осколки, так и ещё несколько свободных нейтронов. Они могут спровоцировать распад других ядер — и в результате выделится ещё больше нейтронов. Этот лавинообразный процесс приводит к стремительному выделению энергии — ядерному взрыву, мощность которого эквивалентна 25 тоннам тротила на каждый грамм распавшегося изотопа.

Разумеется, цепная реакция не начнётся, если слиток металла недостаточно велик и большая часть освободившихся нейтронов просто улетает за его пределы. Чтобы произошёл взрыв, количество расщепляющегося материала должно превысить некую критическую массу. Минимальное взрывоопасное количество вещества — 47 килограммов для урана-235 и 10 килограммов для плутония-239: на практике только эти два металла используются для создания ядерных взрывных устройств.

Уже вторая, сброшенная на Нагасаки бомба «Толстяк», имела шаровой заряд

Может показаться, что создать критическую массу легко: взять два слитка урана, каждый пуда по полтора, и соединить. Но это не лучшая идея, поэтому при изготовлении ядерных боеприпасов используются сложно устроенные имплозивные, или шаровые заряды. Их эффект основан на том, что при воздействии силы на поверхность сферы по мере приближения к её центру давление будет возрастать в квадрате. Как следствие, шаровой заряд представляет собой «матрёшку». Внешний сферический слой образует обычная «химическая» взрывчатка, по поверхности которой равномерно распределены 64 детонатора. Все детонаторы должны сработать одновременно — тогда происходит взрыв, который порождает направленную к центру ударную волну.

Если хотя бы один детонатор не сработает вовремя, сжатие будет ассиметричным и приведёт лишь к разрушению боеприпаса. И это служит надёжной защитой. Бомба может выпасть с самолёта, упасть вместе с самолётом, сгореть в вагоне в результате железнодорожной катастрофы, в неё даже может попасть артиллерийский снаряд (правда, последнее испытывалось только на макетах). В худшем случае это приведёт к подрыву обычной, химической взрывчатки, но незапланированной детонации ядерного заряда не произойдёт.

Следом за взрывчаткой в шаровом заряде располагается слой алюминия. Лёгкий металл нужен, чтобы увеличить радиус заряда, а значит, и итоговое давление в центре сферы. Внутрь полой алюминиевой сферы вкладывается тампер — полая сфера из обеднённого урана, которая служит массивным поршнем

Через тампер концентрическая ударная волна передаётся на третью, самую маленькую полую сферу, изготовленную из ядерной взрывчатки — урана или плутония. В самом же центре находится миниатюрный источник нейтронов на основе трития. Масса «ядерной взрывчатки» в шаровом заряде обычно в полтора-три раза меньше критической. Развитие цепной реакции в боеприпасе происходит благодаря дополнительным нейтронам, испускаемым тритием, увеличению плотности металла в момент максимального сжатия, а также потому, что урановый тампер отражает рождающиеся при распаде ядер нейтроны внутрь, не позволяя им покидать зону реакции.

Шаровой заряд первой советской атомной бомбы РДС-1 (Фото: Музей ядерного оружия РФЯЦ-ВНИИЭФ)

«Шаровая» конструкция позволяет безопасно заложить в боеприпас и сверхкритический заряд расщепляющегося изотопа. Рекорд здесь принадлежит британцам: они изготовили тонкостенную плутониевую сферу, масса которой превышала критическую в 12 раз! Но тогда сынов Туманного Альбиона просто заели амбиции: как же так, у Советов и Штатов есть водородная бомба, а у них нет. На изготовление этого чуда техники королевство потратило годичный запас расщепляющихся материалов.

Повысить мощность боеприпаса можно и без такой траты дефицитных материалов. В активированном шаровом заряде цепной распад продолжается не до исчерпания горючего, как в обычной бомбе, а до разрушения устройства. Испарившийся урановый шар уже не обладает достаточной плотностью, чтобы поддерживать цепную реакцию. У первых имплозивных бомб до распыления заряда успевало выгореть лишь 10% ядерной взрывчатки, а у современных этот показатель колеблется от 30 до 60%. Увеличить степень выгорания можно, обеспечив дополнительное сжатие. Для этого используется большой — до четверти тонны — заряд химической взрывчатки. Хорошо помогает и увеличение толщины тампера. Конечно, дополнительная инертная масса лишь краткий миг способна противостоять рвущемуся из зоны реакции ядерному пламени. Но когда интенсивность реакции нарастает по экспоненте, даже этот миг имеет огромное значение.

Водородная бомба

На этапе горения лития и урана термоядерная бомба по устройству напоминает звезду. Она полностью состоит из плазмы — раскалённого ионизированного газа, но при этом плотнее свинца.

Ещё сильнее разрушительную силу современных ядерных боеприпасов можно повысить капсулой с термоядерным горючим. Рядом с первым шаровым зарядом, играющим роль детонатора, размещается второй, устроенный несколько иначе. Вместо слоя химической взрывчатки он покрыт инертным пластиком. Сразу под ним располагается тампер из обеднённого урана. А между тампером и центральной полой сферой, изготовленной из плутония, размещается слой дейтерида лития-6 — соединения лёгкого изотопа лития с тяжёлым водородом. Этот белый порошок не радиоактивен и совершенно безопасен, если не поливать его водой.

Подрыв первого шарового заряда превращает пластиковый слой в перегретую плазму, давление которой приводит к имплозии термоядерной капсулы. Её плутониевая сердцевина достигает критической плотности и тоже взрывается. Литий, поглощая образовавшиеся нейтроны, разлагается на гелий и сверхтяжёлый водород — тритий. Температура на фронте столкновения ударных волн в этот момент оказывается достаточной, чтобы началась реакция термоядерного синтеза с участием дейтерия и трития. А это означает третий взрыв — примерно в сто раз сильнее двух первых.

Царь-бомба, она же «Кузькина мать», самая мощная термоядерная бомба в истории (макет, Croquant | CC BY-SA 3.0)

Но и детонация термоядерного горючего — только вторая фаза термоядерного взрыва. Если ядерный взрыв прекращается после разрушения взрывного устройства, то механизм водородной бомбы продолжает работать и после перехода в плазменное агрегатное состояние. При синтезе ядер тяжёлого и сверхтяжёлого водорода рождаются ядра гелия и нейтроны. Энергия нейтронов настолько велика, что они не захватываются тяжёлыми ядрами, а разбивают их, как бильярдный шар пирамиду.

Под градом нейтронов в реакцию вступает уран-238, в обычных условиях вполне безопасный. Это третья фаза взрыва, увеличивающая его мощность ещё впятеро. Вклад энергии от распада ядер урана не так уж велик, но этот процесс порождает новые тучи нейтронов. А чем плотнее нейтронный поток, тем больше лития перейдёт в тритий, тем выше будет КПД взрывного устройства. Водородную бомбу можно собрать таким образом, что выгорание каждого из трёх компонентов — плутония, дейтрида лития и обеднённого урана — превысит 90%. А это чудовищная энергия.

Субкилотонные боеприпасы

«Малыш», первая атомная бомба, применённая в бою, относилась к пушечному типу

Ядерные боеприпасы ценятся в первую очередь за мощь, но иногда компактность оказывается важнее. Как следствие, некоторое распространение (практически только в США) получили так называемые пушечные заряды. Они состоят из плутониевого цилиндра с отверстием в центре, стержня из того же металла, небольшого количества пороха, который вколачивает стержень в отверстие, единственного детонатора для инициации процессов и… всё. Очевидными преимуществами пушечной схемы были предельная простота, безукоризненная надёжность срабатывания и крошечные размеры.

Но заряд пушечного типа не просто надёжен, а слишком надёжен. Это его главный недостаток. Тепловое или механическое повреждение боеприпаса не выведет его из строя, а напротив — может заставить сработать. В СССР посчитали, что янки — crazy, и копировать этот ужас не стали.

«Дэви Крокетт» — надкалиберная ядерная мина для стрельбы из противотанковых 106-мм безоткатных пушек. Американцы действительно намеревались отстреливаться «Крокеттами» от советских танков и наклепали немало этих боеприпасов. Смешной тротиловый эквивалент — всего 10 тонн — позволял бить прямой наводкой

Вторым недостатком пушечных зарядов стала их расточительность. Количество ядерной взрывчатки обязательно должно быть сверхкритическим. То есть расщепляющегося металла «на выстрел» уходит в среднем в три раза больше, чем при другой схеме. Если же пересчитывать на килотонны, разница оказывается ошеломляющей: КПД пушечного заряда не выше 1%. Таким он был у единственного в истории стратегического боеприпаса с зарядом пушечного типа — бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму. Но там всё устройство весило четыре тонны, а урановые детали были помещены в обрезок орудийного ствола. А при использовании пушечного заряда без сверхпрочного корпуса КПД падает до 0,01–0,004%. Американцы, впрочем, считали, что крайне низкая — от 10 до 150 тонн в тротиловом эквиваленте — мощность для тактического ядерного боеприпаса не изъян, а достоинство.

Примитивное устройство пушечного заряда породило миф, что ядерную бомбу можно собрать в гараже. Но частному лицу достать несколько десятков килограммов почти чистого урана-235 невозможно. А плутоний вдобавок стремительно окисляется на воздухе, очень ядовит и практически не поддаётся механической обработке. Попытавшись изготовить кустарным способом из небольших плутониевых слитков детали взрывного устройства, самоделкин умрёт от лучевой болезни, от отравления или в результате вспыхнувшего в гараже пожара, но ничего не достигнет.

Советский 420-мм миномёт 2Б1 «Ока» предназначался для стрельбы ядерными боеприпасами

2С7 «Пион». В 1970-х годах в СССР появились миниатюрные шаровые заряды, которые помещались в снаряд 203-мм пушки, но мощность их обычно составляла 5–15 килотонн, и «тактическими» такие боеприпасы можно было назвать лишь условно

Уран или плутоний?

На первый взгляд преимущества плутония над ураном, критическая масса которого впятеро выше, очевидны. Заряд получается миниатюрным. При распаде плутоний выделяет больше свободных нейтронов, чем уран, что крайне важно, например, при изготовлении термоядерных боеприпасов. К тому же обогащённый уран очень дорог в производстве, плутоний же добывается из отработанного топлива для атомных электростанций.

Но на практике выбор не так прост, поскольку плутоний — металл радиоактивный. Если период полураспада урана-235 — 713 миллионов лет, то у плутония-239 он составляет всего 24 тысячи лет. К тому же извлекаемый из АЭС плутоний на самом деле представляет собой смесь изотопов, излучение которых выводит из строя электронные компоненты боеприпаса и на молекулярном уровне «разъедает» химическое взрывчатое вещество.

Как следствие, в военном деле обычно используется специальный «оружейный» плутоний, который провёл в активной зоне ядерного реактора всего 1–2 месяца. Доля тяжёлых примесей в нём составляет 2–7%. Но такой плутоний уже очень недёшев и всё равно радиоактивен.

Большая часть обогащённого урана производится в России

В романе Дмитрия Глуховского (признан в России СМИ, исполняющим функции иностранного агента) «Метро 2033» даже спустя 20 лет после ядерной бомбардировки радиация не позволяет выжившим покинуть убежища. Такое видение постапокалиптического мира в фантастической литературе стало каноническим. Хотя на практике всё иначе — Хиросиму и Нагасаки быстро отстроили на прежнем месте, и жители их не оставляли.

Чтобы увеличить радиационное воздействие ядерного боеприпаса (особенно в глобальном масштабе и долгосрочной перспективе), в 1950 году американский физик Лео Сциллард предложил заменить в шаровом заряде урановый и алюминиевый тамперы на оболочку из кобальта. Взрыв, конечно, будет слабее, но, захватывая нейтроны, безвредный кобальт-59 превращается в очень опасный радиоактивный изотоп кобальт-60, широко применяющийся при производстве промышленных источников гамма-излучения. Если таких бомб сделать достаточно много и разом взорвать даже на своей территории, полагал учёный, то кобальт рассеется по всей планете с потоками воздуха… и вот тогда точно конец!

Одна из особенностей ядерных зарядов пушечного типа — непредсказуемые колебания мощности взрыва в пределах 2–2.5 раз. Она зависит от того, на каком именно этапе вхождения плутониевого стержня в цилиндр вспыхивала цепная реакция (фото: (National Nuclear Security Administration, 1953)

Фантастов идея вдохновила. Кобальтовая «бомба Судного дня» упоминается в фильме «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил атомную бомбу» Стэнли Кубрика, в романах Роджера Желязны, Агаты Кристи, Сергея Лукьяненко. Однако военные и политики отнеслись к идее без особого энтузиазма. В реальности «грязные» бомбы действительно разрабатывались, по крайней мере в СССР, но никогда не принимались на вооружение и не производились. Даже испытания проводились только имитационные — с использованием нерадиоактивных изотопов.

В результате испытаний от идеи быстро отказались. Вопреки прогнозам, загрязнённая площадь была невелика — как средство массового поражения кобальтовый заряд уступал по эффективности даже многим химическим боеприпасам. «Грязная бомба» не выдерживала критики и как ультимативное оборонительное оружие, создающего на пути противника непроходимую зону. Предсказать точное расположение, размер и форму смертоносного пятна оказалось невозможно.

Калифорниевая бомба

Калифорний часто называют самым дорогим веществом в мире. Это не совсем так, но среди изотопов, которые производят промышленно, он чемпион

Фантасты уже много лет обдумывают идеи ядерной взрывчатки на основе экзотических веществ. Во вселенной Великорасы Александра Зорича, например, применяются сверхмощные калифорниевые боеприпасы. Почему калифорниевые? Вероятно, автор заглянул в справочник и узнал, что данный металл обладает критической массой впятеро меньшей, чем у плутония… Но из этого же не следует, что взрыв калифорниевой бомбы будет впятеро сильнее при том же весе! Напротив, безопасный — подкритический — шаровой заряд из калифорния окажется не только в 3000 раз дороже и в 30 раз радиоактивнее, но и впятеро слабее плутониевого.

Но, может быть, использование синтетических изотопов с минимальной критической массой позволит создать миниатюрное взрывное устройство? Теоретически это возможно, но зачем военным безумно дорогая, зато слабенькая атомная бомба, умещающаяся в кейс, знают только фантасты. Советский «ядерный ранец» РЯ-6 мощностью в одну килотонну с зарядом на основе плутония весил всего 25 кг, и военные не считали, что им нужно что-то ещё легче.

Нейтронная бомба: миф и реальность

Противоположностью «грязной» кобальтовой бомбе можно считать нейтронную: она не заражает территорию, поражает только живую силу и оставляет невредимыми материальные ценности. Во всяком случае, такого мнения придерживалась как американская, так и советская пресса в 70–80-х годах. Последняя также утверждала, что нейтронные боеприпасы есть только у США, прозрачно намекая на тягу вероятного противника к чужим материальным ценностям.

Приближая источник радиации к бериллиевой мишени, нейтроны можно испускать направленно. На марсоходе Curiosity установлена нейтронная пушка российского производства. Поговаривают, что мощность этого устройства слишком высока для исследовательских целей (фото: NASA)

Как и в случае кобальтовой бомбы, все утверждения о свойствах нейтронных боеприпасов оказались вымыслом. Устройство представляло собой обычный шаровой заряд, в котором слои алюминия и урана заменены слоем бериллия. Такое решение снижало КПД, зато бериллий, поглощая ядра гелия, появляющиеся в результате распада плутония, испускал нейтроны — слишком быстрые, чтобы поддерживать цепную реакцию, но не обладающие достаточной энергией для раскалывания ядер. Как следствие, взрыв (формально термоядерный!) выходил совсем слабым — 5 килотонн или около того. Причём нейтроны уносили до 80% выделившейся энергии.

Нейтронные боевые части планировалось устанавливать на противоракеты для уничтожения советских боеголовок. Перехват осуществлялся на орбите, но в вакууме ударная волна не образуется, а рентгеновское и световое излучение позволяло поразить цель на дистанции не более километра от подрыва заряда. Предполагалось, что использование нейтронных боеприпасов позволит увеличить радиус поражения в полтора раза. К тому же боеприпасы такого типа можно без опаски применять над собственной территорией: рентгеновского излучения там кот наплакал, а нейтроны теряют «убойную силу» в атмосфере из-за сопротивления азота.

После появления современных противоракет, позволяющих перехватывать боеголовки на минимальной высоте (и едва ли не прямым попаданием!), производство нейтронных боеприпасов потеряло смысл. Откуда взялся миф про «сохранение материальных ценностей» — тайна. Если подорвать нейтронный заряд вблизи от поверхности, действительно возникнет узкая — метров триста шириной — зона, в которой уровень радиации всё ещё будет смертельным, а каменные здания уже устоят, хотя и будут объяты пламенем. Но никакой практической ценности эта особенность не имеет.

Применение ядерных зарядов в мирных целях, несомненно, возобновится, когда этого позволит политическая ситуация. По сравнению с энергетическим атомным реактором бомба представляет небольшую радиационную опасность, а выгода может быть значительной (на фото — Седанский кратер, созданный мирным ядерным взрывом)

Проблему сохранения материальной инфраструктуры пытались решить советские инженеры, работавшие в 1980-х над созданием «чистых», или «спектральных» бомб. Применение боеприпаса такого типа не должно было вызывать заражение местности. Для этого в конструкции термоядерной бомбы урановые детали заменяли на свинцовые — ядра этого металла выдерживают попадание быстрых нейтронов и не активируются медленными. Количество использованного плутония сводилось к минимуму благодаря изощрённым способам усиления имплозии. При сгорании же лития радиоактивных веществ не образуется. Таким образом, подрыв бомбы на высоте нескольких километров позволял рентгеновской вспышкой очистить большую площадь от позвоночных без какого-либо иного ущерба для экологии.

Насколько известно, спектральные боеприпасы в СССР серийно не производились. Наступила эпоха разрядки, и применение ядерных зарядов для создания собственных, а не сохранения чужих материальных ценностей стало более эффективным экономически. «Мирные» ядерные взрывы в Советском Союзе производились несколько раз в год для изменения рельефа, создания подземных хранилищ отходов, геологической разведки, а также чтобы упростить добычу полезных ископаемых. «Чистые» заряды при этом оказались бы очень кстати, но мораторий на ядерные испытания вскоре привёл к свёртыванию программы.

Ручной сепаратор (практически новый )⁠ ⁠

Ретропонедельник №82 Устройство для магнитной обработки воды⁠ ⁠

Какой понедельник без нового экспоната в музее советской бытовой техники? Сегодня это устройство для магнитной обработки воды от завода Магнетон, г. Ленинград.

Устройство представляет собой пластиковый соединитель с магнитами внутри. Якобы вода протекая в магнитном поле особым образом меняется и от нее и травка зеленее, и помидорки растут лучше. Правда крупные агропромышленные комплексы почему-то предпочитают удобрения магнитной обработке, но по крайней мере хуже не станет — и то ладно.

Пластик по-видимому просто смешан из остатков производства других изделий.

Спасибо моему покойному деду — в бумагах сохранилась документация.

Ответ на пост «Ретропонедельник №81. Советские микроволновые печи»⁠ ⁠

Прикупил я по случаю «первую массовую советскую СВЧ», выпуска 1981 года.

В сети о ней на удивление немного информации, так что я решил сделать этот маленький обзорчик.

Печь после моего апгрейда:

Размеры печи 37 х 42 х 60 см. Взвешивать я её поленился, но интернет подсказывает, что похожие модели весят 35-40 кг, и по ощущениям эта весит примерно столько же.

При работе печь потребляет примерно 1200 ВТ. Если поставить внутрь тонкостенный контейнер с водой и замерить скорость нагрева, то полезная мощность получается примерно 450 ВТ. Это заметно меньше, чем обещают современные печки — но я вот проверил свою предыдущую СВЧ, там в режиме «700 Вт» те же 450-500 Вт было. Возможно, дело в нагреве стенок камеры и прочих потерях, возможно, современные производители традиционно врут, возможно, и новая и старая печи уже отработали своё и потеряли КПД — по этому поводу жду в комментариях мнения специалистов.

Шильдик, к сожалению, почти стёрт, но можно прочитать дату выпуска, и то, что устройство называется «Печь Электроника», без уточнения модели и даже её микроволновости:

Если открыть дверцу, то видна рабочая камера. И толстенные стенки, из-за которых камера оказывается по размеру сравнимой с камерой современных малогабаритных микроволновок:

Ручка оклеена дермантином, который подоблез за 40 лет.

Впрочем, если его немного подкрасить, то облезлость не так уж бросается в глаза:

Справа на фотографии видна единственная ручка, таймер. Для того, чтобы включить микроволновку, надо повернуть его до максимума, и только потом выставить время. Ну и нажать на кнопку «нагрев». Уж не знаю, нормально ли это, или в таймере что-то сломалось — снимать и разбирать его довольно сложно, поэтому я решил оставить как есть.

«Окно» микроволновки было почти не прозрачным — его закрывали листы матового пластика. То ли ничего лучше в начале 80-х не было, то ли он просто помутнел от старости:

Я решил заменить этот пластик на монолитный поликарбонат. Заодно посмотрел на дверцу изнутри. Впечатлился. Дверца отлита из толстенного алюминия, с мощными рёбрами жёсткости:

Вообще, металла на микроволновку не пожалели. «Сетка в окошке» тут сделана из алюминия миллиметровой толщины, наружные боковые стенки не имеют рёбер жёсткости, но всё равно не играют в руках, как нынешние. Силовой трансформатор тоже наводит на мысли о вечности, чуть позже покажу.

А пока — вид слева. Блок освещения, как и дверца, отделялся от камеры помутневшим пластиком, типа скотча; поменял его на тот же поликарбонат.

Кстати, обратите внимание на выключатель снизу. Он срабатывает при открытии двери; у микроволновки аж целых два датчика открытия двери, один срабатывает при открытии, второй — при оттягивании ручки.

Менять лампочку жутко неудобно, но, видимо, и не надо особенно, судя по тому, что микроволновка 81 года, а лампочки датированы 80-м:

Как вы, возможно, уже заметили, крутящегося блюда в печке нет. Зато верхняя крышка рабочей камеры закрыта листом текстолита, а если его снять, то виден пропеллер, распределяющий СВЧ излучение по всей камере:

А если снять верхнюю крышку с самой микроволновки, то видно, как устроен привод пропеллера — вращение передаётся с главного вентилятора через два редуктора с резиновыми пассиками. Кстати, пассики любят рваться, после чего магнетрон начинает усиленно греть какой-нибудь угол камеры, не нагревая всё остальное; пользоваться такой печкой очень неудобно, про пассики знают не все, поэтому печка уходит на помойку. Такие дела.

Если снять правую крышку, то откроется сердце печи, система магнетрона:

В первую очередь в глаза бросается гигантский трансформатор, в несколько раз больше современных. Рядом с ним стоит такой же огромный конденсатор, покрашенный молотковой эмалью, а выше красуется сам магнетрон:

Я боялся, что магнетрон будет какого-нибудь необычного форм-фактора, но, похоже, он не особо отличается от современных. Судя по маркировке «06-90», его уже когда-то меняли.

Рядом находится какая-то низковольтная платка, непонятно, зачем нужная. Конденсаторы, кстати, до сих пор живы.

Краткий очерк истории микроволновых печей⁠ ⁠

История микроволновых печей — как раз тот случай, когда реальная история подменяется мифологией, и множество «копирайтеров» растаскивают по интернету байку, укореняя ее в массовом сознании как факт, что она была изобретена случайно. Якобы инженер Перси Спенсер работая с магнетронами в лаборатории случайно обнаружил, что шоколадка в его кармане в поле магнетрона от излучения растаяла и его осенило, что так можно разогревать еду. А дальше классическая американская история — патент, вывод на рынок и получение прибыли. Но все было совсем не так.

Для любителей слушать — видеоверсия (40 минут), а ниже — текстовая для любителей читать:

Небольшой теоретический ликбез

В основе работы микроволновых печей лежит взаимодействие радиоволн с продуктом. При этом основной нагрев продукту передается благодаря диэлектрическому нагреву. Многие диэлектрики, оказавшись в электрическом поле поглощают немного энергии на свою поляризацию — молекулы выстраиваются вдоль линий силового поля, подобно маленьким стрелкам компаса в магнитном поле. Если изменить направление внешнего электрического поля — энергия снова будет потрачена на поляризацию в другую сторону. Если быстро менять направление электрического поля — то вся эта энергия, затрачиваемая на поляризацию, в конечном итоге превратится в тепло. Чем чаще менять направление электрического поля — тем больше тепла в диэлектрике выделяется. Для инженеров это свойство обычно вредное, поэтому его называют «диэлектрические потери», и величина этих потерь зависит от материала диэлектрика (а также частоты и температуры, но упустим эту подробность). В справочниках есть специальные таблицы, где величину этих потерь уже измерили (чаще всего используется тангенс угла потерь). Если тангенс угла потерь мал, например у слюды он 0,00060 [1] то в переменном электрическом поле нагрев будет незначителен. А вот у ПВХ тангенс угла потерь уже 0,015 [2]. Тоесть нагрев будет в десятки раз сильнее, и такой диэлектрик хорошо будет работать в низкочастотных применениях, например как изоляция электрического кабеля, но будет сильно нагреваться, если сделать из него изоляцию разъема антенны радиостанции. У воды тангенс угла потерь, в силу полярности молекул огромный — порядка 0,157[3].

Собственно весь этот экскурс в теорию я сделал чтобы подвести к мысли — любой радиоинженер обязательно сталкивается с нагревом диэлектрика от радиоволн, и вынужден его учитывать. Поэтому нельзя сказать, что расплавившаяся от радиоволн шоколадка/бутерброд/сендвич или другой продукт — это случайное открытие о котором никто до этого не знал и который удивил инженеров.

До войны

Впервые явление диэлектрического нагрева наблюдал Э.В.Сименс в 1864 г. и И.И. Боргман в 1886 г. исследовав нагрев стеклянной стенки лейденской банки при ее заряде и разряде [4] Конец XIX века — начало XX века это период бурного развития электричества, и открытия и разработки начинают сыпаться как из рога изобилия. В 1891 г. Жак Арсен д`Арсонваль обнаруживает, что переменный ток высокой частоты (десятки килогерц — максимум что можно получить для того времени) не бьет как постоянный ток, не кусает как переменный 50 Гц, а протекает через тело с приятным теплом без особого вреда. [5, рис 422]. Как и любое новое открытие его почти сразу же стали использовать для лечения. Появилось медицинское направление — диатермия. Прогревая больные участки токами высокой частоты проводили «лечение». Причем поначалу прикладывали переменный ток непосредственно к телу через электроды. На рисунке ниже[8] как раз медицинский генератор для диатермии прямиком из 1928 года от фирмы H.G. Fischer & CO. Inc.

Изобретение радио (Попов 1885) [w] дало мощный толчок в развитии высокочастотной техники. Изобретение радиоламп (триод — 1906 г)[w] позволило очень быстро перейти от примитивных схем с искровыми промежутками в передатчиках к более мощным и эффективным генераторам на радиолампе. Первый радиопередатчик на радиолампе в 1914 представил Ли ДеФорест [6]. А дальше погоня за совершенством и мощностью только начиналась. Начало развиваться радиовещание, которое требовало все более мощных генераторов радиоволн. И снова, нельзя было не заметить, что диэлектрик в переменном электрическом поле нагревается. Аппараты диатермии использующие этот способ прогрева «для лечения» торговцы медтехникой стали продавать больницам. На рисунке ниже [9] как раз такой коротковолновый аппарат Radiotherm от компании General Electric прямиком из журнала по клинической медицине 1932 года.

Первые демонстрации нагрева пищи при помощи радиоаппаратуры уже в целях рекламы применяла компания Вестингауз на всемирной выставке в Чикаго в 1933. [7] На этой известной фотографии видно, что выход мощного генератора нагружен на колебательный контур (катушка в несколько витков слева и две тарелки конденсатора — справа. Кусок мяса, помещенный между обкладок конденсатора нагревался в переменном электрическом поле между обкладками. Ясное дело, что это только демонстрация мощи генератора — 10 кВт 60МГц, и практической ценности такого нагрева пищи никакой — как от люстры из новых айфонов или обогревателя из новых видеокарт.

Тем не менее, способ нагрева токами высокой частоты изучали, кроме пищи в промышленности много задач, где низкую эффективность можно простить за скорость или равномерность. В 1930-1934 в СССР занимались вопросами сушки древесины токами высокой частоты (Н.С. Селюгин, Ленинградский филиал ЦНИИ механической обработки древесины). В 1933 центральная научно-исследовательская лаборатория электромагнитных волн исследовала сушку и стерилизацию фруктов (внедрение в гг. Тирасполе и Краснодаре, 1938–1940 гг.). В 1937 г. П.П. Тарутин (ВНИИзерна) изучал ВЧ-сушку и уничтожение вредителей зерна с применением токов высокой частоты. [4] Высокочастотный нагрев пробовали использовать на некоторых производствах — например ниже [10] фото пресса для фанеры, правда из книги 1944 года, где за счет генератора радиоволн прогревалась вся пачка фанеры, что ускоряло ее сушку и было экономически эффективным.

Вторая мировая война

Война всегда была мощным стимулом для развития науки и техники в тех областях, которые сулили разработку новых средств победы над противником. И радио не исключение. В контексте истории микроволновых печей нас интересует лишь один эпизод, случившийся в период войны — рождение магнетрона, а точнее его разновидности с многорезонаторным анодом.

Когда технический прогресс подходит к определенной ступени, то следующий шаг будет всё-равно сделан, и для этого не требуется сверхгениальный изобретатель-одиночка. Так вышло и с магнетронами — работы над устройствами происходили параллельно во многих странах. Разрабатывалась как теория работы таких устройств, где на электроны воздействовало электрическое и магнитное поле, заставляя их двигаться по спирали, так опыты с различными конструкциями магнетронов. Тематикой магнетронов занимались с 1912 года на протяжении всех 20х-30х годов. Причем не только в Великобритании но и в Японии, Германии, Советском Союзе — в общей сложности в 12 странах. [12-13]

Для нужд радиолокации требовался компактный и главное мощный источник сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний. Классические радиолампы — с сетками для этих целей подходили слабо — выходная мощность была мала, требовалось большое количество согласующих элементов, да и КПД получался малым. И вот радикальным решением этих проблем стал многорезонаторный магнетрон, который в 1940 был доведен до ума британцами Джоном Рэндалом (John Randall) и Гарри Бутом (Harry Boot), они добились стабильной генерации от него излучения с мощностью 400Вт (позже уже были взяты мощности 1 кВт и даже 25 кВт). В 1941 другой англичанин Джеймс Сейерс (James Sayers) улучшил стабильность магнетрона добавив соединитель четных и нечетных полостей, благодаря чему генерация меньше зависела от нагрузки. На фотографии ниже он, но без магнитной системы.

Чтобы лучше представить, насколько магнетрон улучшил ситуацию с СВЧ генераторами, просто представьте, что вместо парового двигателя, с кучей клапанов, трубочек, цилиндров у вас появляется многократно более мощный и простой электромотор, на который просто достаточно подать напряжение. Ну или вместо парафиновой свечки вам дают светодиодный прожектор.

Но в Европе разгоралась вторая мировая война, в которой участвовала Британия, поэтому с одной стороны, работы по теме магнетронов интенсифицировались и засекречивались. С другой стороны — ресурсов не хватало, а нужны были вливания как для доработки радаров и магнетронов, так и для перехода от лабораторного прототипа к массовому серийному производству. В итоге в 1940 году проводится «Миссия Тизарда», когда комиссия во главе с Генри Тизардом (Henry Tizard) едет в тогда еще нейтральные США с сундуком новейших и секретных британских разработок в надежде договориться о производстве и сотрудничестве. [14] Магнетрон оказался очень к месту — у американцев были разработки по радарной тематике, но как раз были проблемы с мощным источником СВЧ колебаний. Так США получили магнетрон, а англичане -поставки радаров. Для нашей же истории микроволновых печей важно то, что за время войны производство магнетронов было отлажено и поставлено на поток, (а к концу войны их наклепали более миллиона штук, из них 80% были сделаны в цехах Raytheon [16]), а также наработался опыт работы с ними.

После войны.

Все самое интересное в истории микроволновых печей происходит после войны. Начнем с того, что развитие радиосвязи и его широкое внедрение поставило вопрос ребром — старые установки высокочастотного нагрева (например для диатермии, о которых было рассказано выше) излучали в радиоэфир довольно сильно, а их разработчики не оказывали должного внимания стабильности частоты. В итоге небольшая установка для нагрева заготовок из пластика где-нибудь на заводе могла отравлять помехами жизнь радистам на многие десятки километров вокруг. Поэтому американская федеральная комиссия по радиосвязи подготовила и вынесла на всеобщее обсуждение предложение о стандартизации так называемых ISM диапазонов (Industrial, science, medicine). Предполагалось выделить узкий диапазон радиочастот, на котором будут работать все приборы использующие ВЧ излучение не для радиосвязи, не засоряя радиоэфир на других частотах. Более того, частоты предлагались кратные — 13,66 МГц, 27,32 МГц и 40,98 МГц — так называемые гармоники, что немного облегчало жизнь конструкторам. Уровень излучений вне этих диапазонов строго регламентировался. На международной конференции по радио в Атлантик-сити в 1947 было окончательно утверждены и закреплены диапазоны, в которых разрешалось работать подобным установкам [15]. И нас интересует цифра 2450 МГц — именно тогда была выбрана и закреплена частота, на которых будут работать микроволновки. Собственно в тексте наряду с установками закалки токами высокой частоты, печами для склеивания и т.д. упоминается «электронная печь» которая не просто готовит пищу прогревая изнутри наружу, но и позволяет доготовить пищу за секунды, а не за минуты, как при классическом способе. Тоесть в 1947 году уже был опыт по приготовлению пищи радиоизлучением. (обратите внимание на единицу измерения — циклы cycles и производные kc Mc. Привычные герцы стали использоваться позднее.)

ISM диапазоны существуют и по сей день, все бытовые устройства работают в этих диапазонах, даже Wifi и Bluetooth работают в том же диапазоне, что и микроволновые печи — 2450 МГц, чтобы своим излучением мешать только друг другу, а не важным устройствам радиосвязи. В контексте истории микроволновых печей важно то, что частота для их работы была закреплена в 1947 году юридически, и далее вопрос об оптимальности этого выбора не стоял. Чем руководствовались при выборе частоты в 1947 году — мне не известно.

Исследователи идею использовать радиоизлучение для приготовления пищи воспринимали скептически. [11] Дело в том, что проводились эксперименты с измерением величины диэлектрических потерь разных продуктов на частотах до 44 МГц. И тогда стало понятно, что для более-менее бодрого темпа нагрева при частотах в десятки МГц необходимо повышать напряженность электрического поля, что чревато уже электрическим пробоем. Кроме того, имело место изменение величины диэлектрических потерь с ростом температуры, а значит локально образовавшийся очаг нагрева будет разогреваться еще сильнее, что ведет к неравномерному прогреву пищи, особенно замороженной.

Гражданская жизнь военных технологий

Военные заказы уменьшились и такие компании как GE, Westinghouse, RCA и Raytheon стали искать применение технологии радиочастотного нагрева, в основном в промышленности, получая патенты. Например на нагрев покрышки путем помещения ее в волновод. В работе Озепчука [11] есть табличка с патентами, полученными в то время. И только патенты Raytheon как-то можно соотнести с нагревом в быту. Так патент US 2 495 415 на нагрев продуктов в закрытых радиопрозрачных емкостях получен в 1945 Лоуренсом Маршалом — тогдашним директором Raytheon. Его описывали как хорошего инженера, но посредственного руководителя, в итоге пост руководителя Raytheon он покинул в 1948. [16]. Его роль описывали как возившегося в лаборатории и пинающего Спенсера, Фрица, Гросса и других к созданию нового продукта. А Перси Спенсер по сути был начпроизводства компании. Сам же Спенсер получил патент 2480679 в 1947 году, который по сути и описывает печь для еды попкорна. Коллеги Спенсера — Браун, Дерби, Альстад описывали процесс изобретения микроволновой печи как планомеренный, к которому приложило руку много людей, но заслуга Перси Спенсера в том, что он подтолкнул компанию к коммерциализации эффекта нагрева пищи, созданию законченного товара для обычных потребителей, в этом его ключевая роль.

Конкуренты не дремали, так в 1947 Компания Вестингауз описывает ускорение техпроцессов за счет нагрева радиоволнами от магнетрона (или аналога) для нагрева резины, дерева, пластика. А компания Дженерал Электрик в 1947 рапортует о прототипе печи для разогрева замороженной еды в ресторанах, причем работающей на частоте 915 МГц. Авторы отмечают, что выбрали 915МГц вместо 2450 МГц так как нагрев был равномернее, за счет более глубокого проникновения радиоволн вглубь пищи. В последствии Дженерал Электрик долго выпускала печи на 915 МГц, пока все остальные делали печи на 2450 МГц

Байка об арахисовом батончике, который нагрелся в кармане рубашки, когда Перси Спенсер оказался перед магнетроном, была вброшена журналистом (?) Доном Мюрреем в публикации «Percy Spencer and His Itch to Know» в журнале Ридерз Дайджест за август 1958. [18] И удивительно, насколько стойким оказался миф, кочуя из одной публикации в другую, как иллюстрация «случайно» сделанного изобретения. Как говорил Ленин «Главная проблема цитат в Интернете в том, что люди сразу верят в их подлинность.».

Изобретение микроволновой печи не было случайностью — это вполне закономерный этап развития техники, освоившей технологию СВЧ устройств, и как это частенько бывает — предпринятый множеством авторов почти одновременно. Но в истории останется тот, кто первым доведет открытие до коммерческого успеха (кто-нибудь помнит лампы накаливания, которые были изобретены до Эдисона и которые конкурировали с лампами его конструкции?)

Творческие поиски

И вот мы подходим к интересному этапу в истории любого технического устройства — поиск оптимальных конструктивных решений. Принцип работы печи ясен — высокочастотное излучение от магнетрона по волноводу передается в экранированную камеру, в которой находится разогреваемая пища. А вот при практической реализации перед инженерами возникает куча вопросов без ответов:

А как будет выглядеть экранированная камера под пищу — как коробка с крышкой или как выдвижной ящик? Какая лучше работает — прямоугольная или круглая? А как лучше вводить излучение в камеру — сверху или сбоку? А как сделать надежный контакт в местах контакта крышки со стенками, чтобы излучение не уходило наружу — подпружиненным контактом или свернуть жгут из сетки? А надо делать дренаж для вытопившегося из еды жира, или смириться с неравномерностью нагрева? А регулировать мощность нагрева крутя реостат или регулируя скважность включения? А нужно делать ТЭН в камере для подрумянивания? А как лучше бороться с стоячей волной в камере? А лампочку подсветки лучше разместить за перфорированным экраном или разместить ее внутри под плафоном, но снабдить фильтрами провода питания? И так далее. Причем недостатки некоторых решений могут всплыть только при интенсивной работе на кухне, при хорошей работе в лаборатории.

Самое раннее изображение микроволновой печи удалось отыскать на этом фото — прототип 1945 года слева. Это разогреватель еды для самолетов [19], мог разморозить и разогреть 8 унций (

200 гр) еды с -12°С до +77°С за минуту, а камера имела вид выдвижного ящика.

В 1946 году уже есть следующий прототип устройства — модель radarange для подогрева бутербродов. Бутерброд закладывался в экранирующую коробочку, устанавливался в нишу и очень быстро разогревался излучением. Можно догадаться, что такая компоновка, со сменными коробочками под еду в серийное производство не пошла. (Особо внимательные заменят, что эта модель Raydarange, потом букву выкинули, и стало Radarange)

И вот, в 1947 году фирма Raytheon выпускает первую микроволновую печь для широкого потребления — Radarange 1132. Видимо их было выпущено не так много, так что остались только архивные фотографии:

Это напольная печь для общепитов, мощность излучения 1,6 кВт и одним водоохлаждаемым магнетроном на постоянных магнитах. И впервые печь позиционировалась не просто как размораживатель/разогреватель, но и как печь для готовки. [12] Интересной деталью являются два узла, которые были внутри этой печи. Первый — это механизм уплотнения дверцы, препятствующий просачиванию излучения наружу. Просто сделать контакты нельзя — они будут загрязняться жиром и искрить, на сем набила себе шишек компания Дженерал Электрик [20], поэтому придумана ловушка по периметру дверцы. Будучи стенкой волновода, можно загнуть край листа, что он будет работать как ВЧ фильтр, задерживая излучение. [11] Эта идея используется в современных печах почти без изменений. Второй узел — «мешалка» ВЧ поля в виде хромированных полусфер на валу электродвигателя напротив окошка волновода магнетрона[19], такая «мешалка» не позволяет сформироваться устойчивой стоячей волне с нагревом еды только в узлах. Идея до сих пор живет в моделях печей с диссектором. Но это не сильно спасало — высокая мощность печи в паре с небольшой камерой только выпячивала проблемы неравномерного нагрева.

Умение продать

Почти сразу стало понятно, что компании, работавшие над гособоронзаказом и ставшие профи в СВЧ технике, умеющие делать отличные магнетроны, ничерта не имеют опыта в изготовлении бытовой техники. Инженерам, привыкшим проектировать устройства для военных без ограничения по цене и работающих с обученным персоналом было тяжело свыкнуться с требованиями для бытовых устройств, где во главе всего — цена, а управляет всем человек не читавший инструкцию. А еще нужно было уметь заинтересовать потенциального покупателя, в виде шеф-поваров, который погон не носил. И если Raytheon знали, как убедить генерала купить радар, то как убедить профессионального повара купить за очень большие деньги новомодное устройство они не знали. К тому же имя Raytheon было уважаемым в среде военных, но в мире кухонной техники на них смотрели с прищуром, как на малоизвестного новичка.

Более того, первые лет десять-пятнадцать направление микроволновых печей приносило только убытки, и не было закрыто только благодаря уверенности, что успех придет. Причем печи поначалу рассматривали как рынок магнетронов, чем больше микроволновок купит население — тем больше магнетронов для них выпустит оборонный завод.

Решение было очевидным — оборонные компании брали себе в компаньоны (или покупали, если денег хватало) уже известных производителей бытовой техники, обеспечивая лицензиями, запчастями, консультациями. Так среди устройств торговых марок Amana, Tappan, Hotpoint, Whirlpool появились микроволновые печи. Причем прогресс был заметен — к середине 50х печки от размера холодильника ужались до размера встраиваемых духовок, например Tappan RL-1 [21]

Модель производилась с 1955 по 1964. Всего произвели 1396 штук, но в первый год производства продали всего 34 экземпляра. На момент выпуска стоимость этой «первой домашней микроволновой печи» была 1295$ что по нынешним временам эквивалентно [22] почти 14400$ — цена простенького новенького автомобиля. Из забавных конструктивных особенностей — в нижней части печки был выдвижной ящичек-картотека для хранения рецептов.

К середине 60х микроволновки удалось скукожить до привычного нам настольного размера. Это например модель Sharp R-10 1962 года, или более знаковая Amana RR-1 1967 года. RR-1 имела магнетрон с электромагнитом, массу 13 кг [24], два (!) таймера — на 25 минут и на 5 минут, причем время суммировалось, тоесть максимум можно включить печь на 30 минут. Ну и печь имела кнопку «пуск» но не имела кнопки стоп. для преждевременной остановки надо было открыть дверцу. в модели RR-2 1968 года кнопку «стоп» добавили. Магнетрон Raytheon QKH-1381 B с воздушным охлаждением, срок службы магнетрона 1500 часов, выходная мощность 750 Вт. [25]

А еще у этой модели не было регулировки мощности! Но знаковая эта модель по другой причине — ее цена уменьшилась до 495$ Что на современные деньги порядка 4416$ Именно с этой модели начался ощутимый рост рынка домашних микроволновых печей. Так как основные мои читатели — технари, порадую принципиальной схемой RR-1, как видно она не сильно отличается от современных.

Микроволновые печи выпускали многие компании, и если General Electric, Toshiba еще на слуху, то компании вроде International Crystal, Garland-welbilt, Sears-kenmore, Omnivend наверняка известны только историкам и специалистам. К 70м годам в америке работало уже порядка 95 000 микроволновок (50 000 в домах, остальное в общепитах), так что государство обратило на них взор и в 1968 году стала регламентировать величину утечки излучения через дверцы, о чем например был рожден отчет [25], где можно подсмотреть принципиальные электрические схемы микроволновок тех лет. А еще были установлены требования на наличие двух независимых блокировок [28], чтобы печь не могла включиться с плохо прикрытой дверцей. При этом как минимум один микровыключатель блокировки должен быть скрытым от прямого доступа, чтобы нельзя было намеренно его заблокировать.

Развитие микроволновок продолжалось. В 70е появились печи с микропроцессорным управлением — вместо механических таймеров и регуляторов мощности появился микроконтроллер, что позволило создавать гибкие алгоритмы приготовления. Например разморозить сначала на малой мощности в течении часа курицу, а затем приготовить ее прожаривая излучением на полной мощности в течении 20 минут. Были модели даже с термодатчиком на проводе, внутри камеры печи втыкали термометр в мясо и подключали к разъему, так печь могла определить что все готово.

На фотографии ниже Amana Radarange RR-10 экземпляр 1977 года с [24]. Отсрочка запуска, режим разморозки, поддержание температуры, работа с термодатчиком — все прелести микропроцессорного управления.

К концу 70х на американском (да и на мировом) рынке ощущалось сильное давление японских производителей, модели выпускаемые такими компаниями как Sharp и Panasonic успешно теснили европейские и американские модели и обваливали цены. [11] Именно японские инженеры заменили диссектор на вращающийся столик, чем добились большей равномерности прогрева пищи. К 1977 одна только Sharp отчиталась о двухмиллионной произведенной микроволновой печи. Цены постепенно снижались, что видно на графике из [30].

Магнетрон всему голова

Для компаний оборонки микроволновые печи были прежде всего потенциальным потребителем их дорогого высокотехнологичного продукта — магнетронов. И высокая стоимость магнетрона (и блока питания к нему) делала печи такими дорогими. Журналист Бринтон в 1966 описывает, что отдельно стоящая плита с микроволновкой от Tappan с ценой 1000$ имеет внутри магнетрон от Litton ценой 400$. Поэтому появление Amana Radarange RR-1 за 495$ это прорыв.

На фото из [26] слева магнетрон Raytheon QK707 — водоохлаждаемый, с электромагнитом, массой 12 кг и выходной мощностью порядка 700 ВТ. Справа современный магнетрон от микроволновой печи [29]

Фотография выше довольно наглядно показывает насколько прогресс сказался на габаритах устройства. Но какие изменения произошли внутри?

Большой вклад в модернизацию магнетронов для микроволновых печей внесли японцы. Так компания Raytheon сотрудничала с New Japan Radio в деле производства манетронов. [29] Кей Огура (Keith Ogura) модернизировал оригинальный магнетрон QK707, уменьшил количество полостей резонатора с 20 до 12, заменил заменил водяное охлаждение на оребрение воздушного радиатора и заменил подогревной катод на катод прямого накала. Скорректировав остальные размеры лампы он добился того, что магнетрон выдавал те же самые характеристики при гораздо меньших размерах (и материалоемкости). Вот он на фото [29] без магнитной системы:

Обратите внимание на ферритовые колечки на выводах катода, это фильтры ВЧ помех и они довольно сильно нагревались. Raytheon даже специально изучала этот вопрос, и оказалось что основной нагрев был не от 2450 МГц а от колебаний с частотами 150-350 МГц.

Замена подогревного катода на катод прямого накала из торированного вольфрама может показаться шагом назад, но это значительно ускорило выход печи на рабочий режим, с 75 секунд до единиц секунд, что позволяло быстрее начинать готовить. Вот для сравнения габариты катодов, на правом хрупкую спираль из вольфрама похоже сломали.

Магнетрон по прежнему требовал большого и тяжелого электромагнита. Эта модель магнетронов ставилась в Amana RR-1. Большая часть модернизаций в конструкцию магнетрона в японии внесли в 60е: заменили большой дорогой электромагнит на пару ферритовых постоянных магнитов. Заменили стекло в конструкции корпуса магнетрона на керамику — она прочнее стекла, лучше отводит тепло и имеет меньшие потери в СВЧ. Изменили конструкцию вывода излучения из магнетрона, теперь это не антенна прикрытая стеклянным колпачком, а металлический колпачок (и мощность отводится не с 3х ребер резонатора как в QK707 а с одного)

В начале 70х неизвестный японский инженер придумал конструкцию фильтра магнетрона, которая позже была скопирована всеми и до сих пор используется. Вместо ферритового колечка, которое сильно нагревалось , использовались два дросселя и два проходных конденсатора. (на фото проходные конденсаторы встроены в разъем подключения катода)

В начале 80х в погоне за удешевлением количество ребер резонатора сократили с 12 до 10, уменьшив диаметры анода, катода и нити накала. Такая погоня за удешевлением привела к тому, что стоимость магнетрона уменьшилась до смешных сумм порядка 10$ за прибор, который буквально 50 лет назад стоил огромных денег.

А что Советский союз?

А Советский Союз не прогресса не отставал. Высокочастотный нагрев изучался в приложении к конкретным задачам промышленности. В ВЭИ исследуют получение с применением диэлектрического нагрева пресс-порошков (Н.В. Александров и В.М. Дегтев) и электроизоляционных материалов (Л.С. Левин). А в НИИ шинной промышленности (Х.Э. Малкина и А.П. Пухов) — вулканизацию массивных шин. Большой вклад в промышленное применение диэлектрического нагрева внес ВНИИТВЧ (А.А. Фрумкин, А.В. Дмитриев, Т.А. Шелина) внедряя диэлектрический нагрев в различные производства — для нагрева таблеток пресспорошков (1949), для сушки пряжи на фабрике им. А.И. Желябова (1953), для склеивания древесины (1962) и т.д. На начало 1966 г. в СССР было изготовлено свыше 12 тыс. высокочастотных установок для диэлектрического нагрева общей колебательной мощностью около 30 МВт. [4]

В интернете можно найти вырезку из газеты Труд №137 за 13 июня 1941 про новую установку приготовления пищи токами ультравысокой частоты:

Подробностей устройства этой установки найти не удалось, но похоже она аналогична подобным установкам зарубежного производства тех лет, и сродни похожей демонстрации на чикагской выставке 1933 года, поэтому нельзя сказать, что микроволновки изобрели в СССР, все-таки используется не СВЧ излучение магнетрона а более низкие частоты от лампового генератора.

Работы по магнетронам в СССР проводились и до войны, достаточно глянуть бибилиографию опубликованную на форуме [33] уважаемым Клапауцием:

Магнетронами занимались многие страны, помимо советского союза [31] и успехи в радарной технике приводят к тому, что инженеры располагают магнетронами, способными генерировать киловатты сверхвысокочастотного излучения в непрерывном режиме. В журнале 48 года [32] упоминается о магнетронах с непрерывной мощностью в несколько кВт. И обязательно кто-нибудь придумает использовать их для разогрева еды.

Если в послевоенное время для производителей в США была проблема найти рынок сбыта для магнетронов в гражданском секторе, чтобы заработать, то в СССР был более озадачен восстановлением разрушенной войной экономики. Возможно поэтому первое упоминание о бытовой СВЧ печи относятся к 1961 году, когда в Москве на ВДНХ была продемонстрирована СВЧ печь разработки ВНИИТВЧ [4]. Ленинградский завод торгового машиностроения изготовил опытно-промышленную серию подобных печей с использованием магнетронов непрерывного действия мощностями 600 и 1600 Вт.[4]

Самые ранние СВЧ печи на которые удалось найти информацию — это модель «Волжанка» 1966 года и «Славянка» 1968 года.

Волжанка имела габарит 680*750*1200 (камера 600*400*330), 180 килограмм веса, имела водяное охлаждение, потребляла 5,7 кВт из сети, мощность излучения 2,5 кВт.

Эволюционный путь аналогичен тому, который проходили печи Radarange, модель «Славянка» имела уже габарит 650*600*600 (камера 350*240*300), массу 70 кг, воздушное охлаждение и мощность 2,4 кВт (излучение 1,1 кВт). Первые советские печи работали на частоте 2375 МГц, позже перейдя на 2450 МГц. Если сравнить с зарубежными аналогами, то характеристики были сопоставимы.

Редактор пикабу намекает мне, что я исчерпал лимит (30000 символов 25 медиа), продолжение в комментариях.

Увеличивается ли энергопотреблении при пониженном напряжении сети?

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Последние посетители 0 пользователей онлайн

• Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

Объявления

• Ответов 69
• Создана 9 г
• Последний ответ 2 г

Топ авторов темы

RAMZEC115 6 постов

galunko 8 постов

Григорий Т. 7 постов

war 5 постов

Популярные посты

RAMZEC115

20 октября, 2013

Ура Григорий Т. промахнулся, надо Falconistу сообщить — пусть порадуется старик

20 октября, 2013

Старый учитывает только ток, принимает напряжение за 220В. Понятно что при уменьшении напряжения возрастет ток и соответственно возрастет скорость вращение диска. В новых учитывается и напряжение и то

20 октября, 2013

ошибаешься, счётчик имел 2 катушки, одна последовательно, вторая параллельно.

Как посчитать потребляемую мощность приборов и расход электроэнергии

Потребляемая мощность — это численная мера количества электрической энергии, необходимой для функционирования электроприбора или преобразуемой им в процессе функционирования. Для статических устройств (плита, утюг, телевизор, осветительные приборы) энергия тока при работе переходит в тепло). При преобразовании (электродвигатели) – энергия электрического тока преобразуется в механическую энергию.

Основная единица электрической мощности – Ватт, ее численное значение

где U – напряжение, Вольты, I – ток, амперы.

Иногда этот параметр указывают в В×А (V×А у импортной техники), что более правильно для переменного тока. Разница между Ваттами и В×А для бытовых сетей мала и ее можно не учитывать.

Потребляемая электрическая мощность важна при планировании проводки (от нее зависит сечение проводов, а также выбор номиналов и количество защитных автоматов). При эксплуатации она определяет затраты на содержание жилища.

Формула для определения мощности

Первое, на что надо обратить внимание, – это паспортные данные приборов. Потребляемая мощность в ваттах может быть указана и на различных табличках, прикрепленных к устройствам.

Часто показатель мощности указывается в вольтамперах (В*А). Обычно это происходит, когда потребляемая прибором энергия имеет реактивную составляющую. Тогда обозначается полная мощность электрического устройства, а она измеряется в вольтамперах.

Потребляемая мощность, указанная на электроприборе

Но не всегда эта информация доступна. Тогда на помощь приходят простая формула и измерительные приборы.

Основная формула, с помощью которой ведется расчет потребляемой мощности:

P = I * U, то есть надо перемножить напряжение и ток.

Если в паспортных данных электроприбора нет мощности, но указан ток, то ее можно узнать по этой формуле. Допустим, устройство берет ток 1 А и работает от сети 220 В. Тогда P = U * I = 1 * 220 = 220 Вт.

Измерение мощности приборами

В чем измеряется мощность

Если это обычный бытовой прибор, подключаемый в розетку, то питающее напряжение электрической сети известно – 220 В. При подсоединении к другим источникам питания берется их напряжение.

Сила тока может быть измерена:

• токоизмерительными клещами;
• используя тестер.

С помощью токоизмерительных клещей замеры проще, так как осуществляются бесконтактным способом на одном проводе, подходящем к нагрузке.

Существует два метода, как измерить мощность мультиметром:

1. Включить его в режиме измерения силы тока последовательно с электроприбором и затем рассчитать мощность по формуле. Этот способ не всегда подходит, так как может не быть возможности разорвать цепь питания устройства для подключения мультиметра;
2. Подсоединить мультиметр к устройству в режиме измерения сопротивления и затем определить ток по формуле I = U/R, зная напряжение. Затем посчитать мощность.

Измерение сопротивления ТЭНа мультиметром

Важно! Если измеряется сила тока бытовых электроприборов, то тестер устанавливается на измерение переменного тока.

Как определить?

Для решения задачи нахождения мощности можно воспользоваться различными способами. Все они доступны для применения даже при знаниях в области физики и электротехники на уровне школьной программы.

Чаще мощность находят через определение тока, иногда можно обойтись без промежуточных процедур и определит ее сразу.

Смотрим в техпаспорт

Обычно потребляемая мощность указывается в паспорте или описании устройства и дублируется на фирменной табличке-шильдике. Последняя находится на задней стенке корпуса или его основании.

В случае отсутствия описания этот параметр можно узнать по интернету, для чего достаточно воспользоваться поиском по названию устройства.

Указываемая производителем техники мощность относится к пиковой и потребляется от сети только при полной нагрузки, что встречается достаточно редко. Образовавшаяся разница рассматривается как запас. На нормативном уровне этот запас определяют через коэффициент мощности.

Закон Ома в помощь

Мощность большинства бытовых электрических устройств можно довольно точно оценить экспериментально-расчетным путем с привлечением известного еще со средней школы закона Ома. Этот эмпирический закон связывает между собой напряжение, ток и сопротивление R нагрузки как:

P = U2/R.
U = 230 В, а сопротивление измеряется тестером. Далее следует простой расчет по формуле
P = 48 400/R Вт.

Например, при R = 200 Ом получаем мощность Р = 240 Вт.

Метод не учитывает так называемое реактивное сопротивление прибора, которое создается в первую очередь входными трансформаторами и дросселями, и поэтому получаемая оценка дает некоторое завышение.

Используем электросчетчик

При определении мощности по счетчику можно поступить двумя различными способами. В обоих случаях от бытовой сети должен питаться только тестируемый прибор. Все без исключения остальные потребители должны быть отключены.

При первом подходе для замера мощности привлекается оптический индикатор счетчика, интенсивность вспышек которого пропорциональна потребляемой мощности. Коэффициент пропорциональности указан на лицевой панели в единицах imp/kWh или имп/кВтч, рисунок 1, где imp – количество импульсов (вспышек индикатора) на один киловатт час.

Лицевая панель бытового счетчика электроэнергии с оптическим индикатором.

После включения исследуемого устройства необходимо начать считать вспышки индикатора на протяжении 15 или 20 минут. Затем полученное значение умножается на 3 или на 4 (при 20- или 15-минутном интервале замера, соответственно) и делится на коэффициент с лицевой панели. Результат выкладки дает мощность прибора в кВт, который в ряде случаев умножением на 1000 удобно перевести в Ватты.

Пример. Для счетчика имеем k = 1600 импульсов на киловатт час. При 20 минутном интервале замера индикатор сработал (вспыхнул) 160 раз. Тогда мощность устройства составит 160*3/1600 = 0,3 кВт или 300 Вт.

При втором подходе также используется 15- или 20-минутный интервал времени, но расход электроэнергии определяется уже по цифровой шкале. Например, при разности показаний за 20 минут 0,2 кВт×час мощность агрегата составляет 0,2 × 3 = 0,6 кВт или 600 Вт.

Прибор для для определения мощности «Ваттметр».

Современный бытовой измеритель мощности или ваттметр удобен для использования, так как:

• включается непосредственно в разрыв цепи, для чего снабжен вилкой и розеткой, см. рисунок 2;
• оборудован легко читаемым цифровым индикатором и снабжен внутренними цепями автоматической настройки, что исключает ошибки в показаниях;
• отличается хорошими массогабаритными показателями.

Прибор готов к работе немедленно после включения.

Единственный его недостаток – узкая специализация, поэтому этот прибор редко встречается в домашнем хозяйстве.

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Для того чтобы узнать мощность электроприбора, пользуясь счетчиком, надо отсоединить от сети все остальные устройства и посмотреть на счетчик:

1. Есть электронные приборы учета, которые сразу показывают, какова потребляемая мощность. Для этого надо просто воспользоваться соответствующими кнопками, найдя активную мощность;
2. В других электросчетчиках мигающий индикатор позволяет подсчитать количество импульсов. Например, сосчитав их за 1 минуту, надо умножить полученную цифру на 60 (получится количество импульсов за час). На приборе должно быть указано значение imp/kW*h (3200 или другая цифра). Теперь количество импульсов за час делится на imp/kW*h, и получается мощность электроприбора;
3. Если установлен индукционный счетчик, мощность рассчитывается в несколько этапов.

Расчет мощности по счетчикам.

Расчет мощности потребления с помощью индукционного счетчика:

• нужно найти на табло счетчика цифру, указывающую число оборотов диска, совершаемых за 1 кВт ч;
• с помощью секундомера отсчитать, сколько вращений диск совершит за 15 секунд (можно взять и другой временной промежуток);
• вычислить мощность по формуле P = (3600 x N х 1000)/(15 x n), где n – коэффициент, найденный на счетчике, N – сосчитанное число вращений диска, 15 – временной промежуток в секундах, который может быть представлен другой цифрой.

Пример. За 15 секунд диск совершил 5 вращений. Передаточный коэффициент электросчетчика – 1200. Тогда мощность будет равна:

P = (3600 x 5 х 1000)/(15 х 1200) = 1000 Вт.

Очевидно, что мощность приборов, рассчитанных на малое потребление, измерить, пользуясь индукционным счетчиком, почти невозможно. Слишком большая погрешность измерения. Если диск вращается очень медленно, невозможно корректно учесть часть оборота. На электронном счетчике результат будет немного точнее.

В сети существуют калькуляторы для расчета мощности, куда в соответствующие окна надо ввести значения токов и напряжений и получить высчитанное значение мощности. Иногда в поле калькулятора достаточно обозначить название электроприбора. Другой вариант – воспользоваться таблицами, где указаны средние значения потребляемых мощностей для различных электроприборов.

Потребляемая энергия.

Потребляемая энергия тесно связана с мощностью. Она рассчитывается, исходя из мощности прибора, умноженной на время его работы. Это именно тот показатель, по которому судят о потребительских расходах на электроэнергию. Точное значение израсходованной мощности во всей квартире или доме за определенный временной промежуток укажут данные счетчика. Для того, чтобы продумать способы уменьшения этого расхода, служат замеры мощности конкретных электроприборов.

Как рассчитать амперы.

Способы экономии электроэнергии:

1. По возможности постараться не использовать старые модели холодильников, телевизоров и других бытовых электроприборов, которые рассчитаны на значительно большее потребление;
2. Заменить лампы накаливания на люминесцентные, а еще лучше – на светодиодные. Для сравнения: средняя лампа накаливания потребляет 60 Вт, люминесцентная – 15 Вт, а LED лампа – всего 8 Вт. При использовании 5 ламп разного типа в течение 3-х часов в день получается суточный расход: лампы накаливания – 0,900 кВт ч, люминесцентные – 0,225 кВт ч, LED лампы – 0,120 кВт ч. Экономия значительная;

Важно! Низкая мощность энергосберегающих ламп не означает плохого освещения. Их яркость практически соответствует более мощным аналогам ламп накаливания.

1. Большинство дисплеев телевизоров и компьютеров потребляет от 0,1 до 3 Вт электроэнергии, даже находясь в спящем режиме. Поэтому важно отключать их от сети, когда приборы не используются длительное время.

Методы расчета мощности при помощи измерений тестером дадут величины приблизительные из-за недостаточного учета реактивного мощностного показателя в электросетях переменного тока. Самым точным является измерение потребляемой мощности ваттметром для бытового пользования.

Потребление электроэнергии

Расчет потребляемой мощности — это важная процедура, так как оплата электроэнергии производится именно по этому показателю. Чем больше энергии потребляет электроприбор, тем больше придется платить. Но в быту для измерения используются не ватты, а киловатты. В одном киловатте 1 тыс. ватт.

Номинальный показатель предполагает величину, необходимую для нормального функционирования прибора, например:

• Для обычного холодильника этот параметр составляет 0,5 киловатт. Для того чтобы экономить электроэнергию, важно уметь проводить полные расчеты. То есть важно знать суммарную мощность всех потребителей тока, находящихся в доме.
• При применении двух осветительных приборов, обладающих величинами 80 Ватт и 20 Ватт, можно оценить экономическую целесообразность покупки лампы с наименьшей величиной. Если оба прибора будут работать одинаковое количество времени, то первый будет потреблять в четыре раза больше электроэнергии. Следовательно, платить за него также придется в 4 раза больше.

Однако в доме современного человека электроприборов много. Это не только лампочки, поэтому определять суммарную величину несколько сложнее. Нужно знать величину каждого прибора и время его работы.

Для уменьшения финансовых расходов многие устанавливают в своих домах специальные энергосберегающие лампы. Стоит иметь в виду, что некоторые электроприборы способны потреблять энергию даже тогда, когда они не работают, но при этом не отключены от сети.

Трёхфазная сеть напряжением 380 В

В трехфазном электроснабжении сила тока рассчитывается по следующей формуле:

I = P /1,73 U

P — потребляемая мощность в ватах;

U — напряжение сети в вольтах.

В техфазной схеме элетропитания 380 В, формула имеет следующий вид:

I = P /657, 4

Если к дому будет проводиться трехфазная сеть 380 В, то схема подключения будет иметь следующий вид.

В таблице ниже представлена схема сечения жил в питающем кабеле при различной нагрузке при трехфазном напряжении 380 В для скрытой проводки.

Для дальнейшего расчета питания в цепях нагрузки, характеризующейся большой реактивной полной мощностью, что характерно применению электроснабжения в промышленности:

• электродвигатели;
• индукционные печи;
• дроссели приборов освещения;
• сварочные трансформаторы.

Это явление в обязательном порядке необходимо учитывать при дальнейших расчетах. В более мощных электроприборах нагрузка идет гораздо больше, поэтому в расчетах коэффициент мощности принимают 0,8.

При подсчете нагрузки на бытовые приборы запас мощности нужно брать 5%. Для электросети этот процент становит 20%.

Однофазная сеть напряжением 220 вольт.

Формула силы тока I (A — амперы):

I=P/U

Где P — это электрическая полная нагрузка (ее обозначение обязательно указывается в техническом паспорте данного устройства), Вт — ватт;

U — напряжение электросети, В (вольт).

В таблице представлены стандартные нагрузки электроприборов и потребляемый ими ток (220 В).

На рисунке вы можете видет схему устройства электроснабжение дома при однофазном подключении к сети 220 вольт.

Схема приборов при однофазном напряжении

Как и показано на рисунке, все потребители должны быть подключены к соответствующим автоматам и счетчику, далее к общему автомату который будет выдерживать общею нагрузку дома. Кабель который будет доводит ток, должен выдерживать нагрузку всех подключенных бытовых приборов.

В таблице ниже показана скрытая проводка при однофазной схеме подключение жилища для подбора кабеля при напряжении 220 вольт.

Как и показано в таблице, сечение жил зависит и от материала из которого изготовлен.

Как и зачем экономить электроэнергию на основании данных о расходе электричества бытовыми приборами.

Есть по меньшей мере две причины, почему нужно экономить электроэнергию. Это сбережение природных ресурсов и снижение вредных выбросов в атмосферу и уменьшение денежных расходов потребителя. Проанализируйте, сколько электричества расходует каждый прибор в вашем доме и можно ли уменьшить этот показатель. Если общий расход превышает принятую в России среднестатистическую норму потребления электроэнергии 350 кВт на одного человека в месяц, достаточно принять несложные меры. За счет чего можно экономить электроэнергию:

не оставлять без надобности включенным свет

Меньше всего энергии потребляет бытовая техника с маркировкой А, А+ и А++, ее относят к 1 классу энергосбережения, она экономит до 50-80% электроэнергии. Классы В и С сберегают от 10 до 50%. Остальные индексы означают, что электроприборы экономят незначительно или являются энергозатратными.

Экономия электричества актуальна для каждой семьи, ведь расходы на него – тяжелое бремя для домашнего бюджета. Зная, как рассчитать среднесуточное потребление электричества по каждому прибору, вы сможете снизить свои затраты.

Пример расчета полной мощности для электродвигателя.

Отдельный интерес представляет собой нагрузка, подключенная к трехфазной сети, так как электрические величины, протекающие в ней, напрямую зависят от номинальной нагрузки каждой из фаз. Но для наглядности примера мы не будем рассматривать, как найти мощность несимметричного прибора, так как это довольно сложная задача, а приведем пример расчета трехфазного двигателя.

Особенность питания и асинхронной и синхронной электрической машины заключается в том, что на обмотки может подаваться и фазное и линейное напряжение. Тот или иной вариант, как правило, обуславливается способом соединения обмоток электродвигателя. Тогда мощность будет вычисляться по формуле:

В случае выполнения расчетов с линейным напряжением, чтобы найти мощность формула примет вид:

Активная и реактивная мощности будут вычисляться по аналогии с сетями переменного тока, как было рассмотрено ранее.

Теперь рассмотрим вычисления на примере конкретной электрической машины асинхронного типа. Следует отметить, что официальная производительность, указываемая в паспортных данных электродвигателя – это полезная мощность, которую двигатель может выдать при совершении оборотов вала. Однако полезная кардинально отличается от полной, которую можно вычислить за счет коэффициента мощности.

Шильд электродвигателя

Как видите, для вычислений с шильда мы возьмем следующую информацию об электродвигателе:

• полезная производительность – 3 кВт, а в переводе на систему измерения – 3000 Вт;
• коэффициент полезного действия – 80%, а в пересчете для вычислений будем пользоваться показателем 0,8;
• тригонометрическая функция соотношения активных и реактивных составляющих – 0,74%;
• напряжение, при соединении обмоток треугольником составит 220 В;
• сила тока при том же способе соединения – 13,3 А.

С таким перечнем характеристик можно воспользоваться несколькими способами:

S = 1,732*220*13,3 = 5067 Вт

Чтобы найти искомую величину, сначала определяем активную составляющую:

P = Pполезная / КПД = 3000/0.8 = 3750 Вт

Далее полную по способу деления активной на коэффициент cos φ:

S = P/cos φ = 3750/0.74 = 5067 Вт

Как видите, и в первом, и во втором случае искомая величина получилась одинакового значения.

Мощность переменного тока

Переменный ток несёт энергию. Поэтому крайне важным является вопрос о мощности в цепи переменного тока.

Пусть и — мгновенные значение напряжения и силы тока на данном участке цепи. Возьмём малый интервал времени — настолько малый, что напряжение и ток не успеют за это время сколько-нибудь измениться; иными словами, величины и можно считать постоянными в течение интервала .

Пусть за время через наш участок прошёл заряд (в соответствии с правилом выбора знака для силы тока заряд считается положительным, если он переносится в положительном направлении, и отрицательным в противном случае). Электрическое поле движущихся зарядов совершило при этом работу

Мощность тока — это отношение работы электрического поля ко времени, за которое эта работа совершена:

Точно такую же формулу мы получили в своё время для постоянного тока. Но в данном случае мощность зависит от времени, совершая колебания вместе током и напряжением; поэтому величина (1) называется ещё мгновенной мощностью.

Из-за наличия сдвига фаз сила тока и напряжение на участке не обязаны совпадать по знаку (например, может случиться так, что напряжение положительно, а сила тока отрицательна, или наоборот). Соответственно, мощность может быть как положительной, так и отрицательной. Рассмотрим чуть подробнее оба этих случая.

1. Мощность положительна: . Напряжение и сила тока имеют одинаковые знаки. Это означает, что направление тока совпадает с направлением электрического поля зарядов, образующих ток. В таком случае энергия участка возрастает: она поступает на данный участок из внешней цепи (например, конденсатор заряжается).

2. Мощность отрицательна: . Напряжение и сила тока имеют разные знаки. Стало быть, ток течёт против поля движущихся зарядов, образующих этот самый ток.

Как такое может случиться? Очень просто: электрическое поле, возникающее на участке, как бы «перевешивает» поле движущихся зарядов и «продавливает» ток против этого поля. В таком случае энергия участка убывает: участок отдаёт энергию во внешнюю цепь (например, конденсатор разряжается).

Если вы не вполне поняли, о чём только что шла речь, не переживайте — дальше будут конкретные примеры, на которых вы всё и увидите.

Мощность тока через резистор

Пусть переменный ток протекает через резистор сопротивлением . Напряжение на резисторе, как нам известно, колеблется в фазе с током:

Поэтому для мгновенной мощности получаем:

График зависимости мощности (2) от времени представлен на рис. 1 . Мы видим, что мощность всё время неотрицательна — резистор забирает энергию из цепи, но не возвращает её обратно в цепь.

Рис. 1. Мощность переменного тока через резистор

Максимальное значение нашей мощности связано с амплитудами тока и напряжения привычными формулами:

На практике, однако, интерес представляет не максимальная, а средняя мощность тока. Это и понятно. Возьмите, например, обычную лампочку, которая горит у вас дома. По ней течёт ток частотой Гц, т. е. за секунду совершается колебаний силы тока и напряжения. Ясно, что за достаточно продолжительное время на лампочке выделяется некоторая средняя мощность, значение которой находится где-то между и . Где же именно?

Посмотрите ещё раз внимательно на рис. 1 . Не возникает ли у вас интуитивное ощущение, что средняя мощность соответствует «середине» нашей синусоиды и принимает поэтому значение ?

Это ощущение совершенно верное! Так оно и есть. Разумеется, можно дать математически строгое определение среднего значения функции (в виде некоторого интеграла) и подтвердить нашу догадку прямым вычислением, но нам это не нужно. Достаточно интуитивного понимания простого и важного факта:

среднее значение квадрата синуса (или косинуса) за период равно .

Этот факт иллюстрируется рисунком 2 .

Рис. 2. Среднее значение квадрата синуса равно

Итак, для среднего значения мощности тока на резисторе имеем:

В связи с этими формулами вводятся так называемые действующие (или эффективные) значения напряжения и силы тока (на самом деле это есть не что иное, как средние квадратические значения напряжения и тока. Такое у нас уже встречалось: средняя квадратическая скорость молекул идеального газа (листок «Уравнение состояния идеального газа»):

Формулы (3) , записанные через действующие значения, полностью аналогичны соответствующим формулам для постоянного тока:

Поэтому если вы возьмёте лампочку, подключите её сначала к источнику постоянного напряжения , а затем к источнику переменного напряжения с таким же действующим значением , то в обоих случаях лампочка будет гореть одинаково ярко.

Действующие значения (4) чрезвычайно важны для практики. Оказывается, вольтметры и амперметры переменного тока показывают именно действующие значения (так уж они устроены). Знайте также, что пресловутые вольт из розетки — это действующее значение напряжения бытовой электросети.

Мощность тока через конденсатор

Пусть на конденсатор подано переменное напряжение . Как мы знаем, ток через конденсатор опережает по фазе напряжение на :

Для мгновенной мощности получаем:

График зависимости мгновенной мощности от времени представлен на рис. 3 .

Рис. 3. Мощность переменного тока через конденсатор

Чему равно среднее значение мощности? Оно соответствует «середине» синусоиды и в данном случае равно нулю! Мы видим это сейчас как математический факт. Но интересно было бы с физической точки зрения понять, почему мощность тока через конденсатор оказывается нулевой.

Для этого давайте нарисуем графики напряжения и силы тока в конденсаторе на протяжении одного периода колебаний (рис. 4 ).

Рис. 4. Напряжение на конденсаторе и сила тока через него

Рассмотрим последовательно все четыре четверти периода.

1. Первая четверть, . Напряжение положительно и возрастает. Ток положителен (течёт в положительном направлении), конденсатор заряжается. По мере увеличения заряда на конденсаторе сила тока убывает.

Мгновенная мощность положительна: конденсатор накапливает энергию, поступающую из внешней цепи. Эта энергия возникает за счёт работы внешнего электрического поля, продвигающего заряды на конденсатор.

2. Вторая четверть, . Напряжение продолжает оставаться положительным, но идёт на убыль. Ток меняет направление и становится отрицательным: конденсатор разряжается против направления внешнего электрического поля.В конце второй четверти конденсатор полностью разряжен.

Мгновенная мощность отрицательна: конденсатор отдаёт энергию. Эта энергия возвращается в цепь: она идёт на совершение работы против электрического поля внешней цепи (конденсатор как бы «продавливает» заряды в направлении, противоположном тому, в котором внешнее поле «хочет» их двигать).

3. Третья четверть, . Внешнее электрическое поле меняет направление: напряжение отрицательно и возрастает по модулю. Сила тока отрицательна: идёт зарядка конденсатора в отрицательном направлении.

Ситуация полностью аналогична первой четверти, только знаки напряжения и тока — противоположные. Мощность положительна: конденсатор вновь накапливает энергию.

4. Четвёртая четверть, . Напряжение отрицательно и убывает по модулю. Конденсатор разряжается против внешнего поля: сила тока положительна.

Мощность отрицательна: конденсатор возвращает энергию в цепь. Ситуация аналогична второй четверти — опять-таки с заменой заменой знаков тока и напряжения на противоположные.

Мы видим, что энергия, забранная конденсатором из внешней цепи в ходе первой четверти периода колебаний, полностью возвращается в цепь в ходе второй четверти. Затем этот процесс повторяется вновь и вновь. Вот почему средняя мощность, потребляемая конденсатором, оказывается нулевой.

Мощность тока через катушку

Пусть на катушку подано переменное напряжение . Ток через катушку отстаёт по фазе от напряжения на :

Для мгновенной мощности получаем:

Снова средняя мощность оказывается равной нулю. Причины этого, в общем-то, те же, что и в случае с конденсатором. Рассмотрим графики напряжения и силы тока через катушку за период (рис. 5 ).

Рис. 5. Напряжение на катушке и сила тока через неё

Мы видим, что в течение второй и четвёртой четвертей периода энергия поступает в катушку из внешней цепи. В самом деле, напряжение и сила тока имеют одинаковые знаки, сила тока возрастает по модулю; для создания тока внешнее электрическое поле совершает работу против вихревого электрического поля, и эта работа идёт на увеличение энергии магнитного поля катушки.

В первой и третьей четвертях периода напряжение и сила тока имеют разные знаки: катушка возвращает энергию в цепь. Вихревое электрическое поле, поддерживающее убывающий ток, двигает заряды против внешнего электрического поля и совершает тем самым положительную работу. А за счёт чего совершается эта работа? За счёт энергии, накопленной ранее в катушке.

Таким образом, энергия, запасаемая в катушке за одну четверть периода, полностью возвращается в цепь в ходе следующей четверти. Поэтому средняя мощность, потребляемая катушкой, оказывается равной нулю.

Мощность тока на произвольном участке

Теперь рассмотрим самый общий случай. Пусть имеется произвольный участок цепи — он может содержать резисторы, конденсаторы, катушки. На этот участок подано переменное напряжение .

Как мы знаем из предыдущего листка «Переменный ток. 2», между напряжением и силой тока на данном участке имеется некоторый сдвиг фаз . Мы записывали это так:

Тогда для мгновенной мощности имеем:

Теперь нам хотелось бы определить, чему равна средняя мощность. Для этого мы преобразуем выражение (5) , используя формулу:

В результате получим:

Но среднее значение величины равно нулю! Поэтому средняя мощность оказывается равной:

Данную формулу можно записать с помощью действующих значений (4) напряжения и силы тока:

Формула (7) охватывает все три рассмотренные выше ситуации. В случае резистора имеем , и мы приходим к формуле (3) . Для конденсатора и катушки , и средняя мощность равна нулю.

Кроме того, формула (7) даёт представление о весьма общей проблеме, связанной с передачей электроэнергии. Чрезвычайно важно, чтобы у потребителя был как можно ближе к единице. Иначе потребитель начнёт возвращать значительную часть энергии назад в сеть (что ему совсем невыгодно), и к тому же возвращаемая энергия будет безвозвратно расходоваться на нагревание проводов и других элементов цепи.

С этой проблемой приходится сталкиваться разработчикам электрических схем, содержащих электродвигатели. Обмотки электродвигателей обладают большими индуктивностями, и возникает ситуация, близкая к «чистой» катушке. Чтобы избежать бесполезного циркулирования энергии по сети, в цепь включают дополнительные элементы, сдвигающие фазу — например, так называемые компенсирующие конденсаторы.

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими публикациями. Информация на странице «Мощность переменного тока» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из разделов нашего сайта.