science >> Wetenschap >  >> Natuur

Wat zijn versterkers,

watt, volt en ohm? Sommige pylonen in de buurt van een elektriciteitscentrale bij zonsopgang. Meer spanning in een elektrisch systeem zorgt voor meer stroom. deuvel/Getty Images

Zoveel van ons dagelijks leven draait op elektriciteit, toch kennen de meesten van ons het verschil niet tussen een gloeilamp van 60 watt en 75 watt, of hoe de spanning uit het stopcontact genoeg sap levert om zowel een kleine bureaulamp als een krachtige magnetron te laten werken.

De drie meest elementaire eenheden in elektriciteit zijn spanning ( V ), huidig ​​( l , hoofdletter "i") en weerstand ( R ). Spanning wordt gemeten in volt , stroom wordt gemeten in versterkers en weerstand wordt gemeten in ohm .

Een mooie analogie om deze termen te helpen begrijpen, is een systeem van afvoerbuizen. De spanning is gelijk aan de waterdruk, de stroom is gelijk aan de stroomsnelheid, en de weerstand is als de pijpmaat.

Er is een basisvergelijking in de elektrotechniek die aangeeft hoe de drie termen zich verhouden. Er staat dat de stroom gelijk is aan de spanning gedeeld door de weerstand of I =V/R. Dit staat bekend als de wet van Ohm.

Laten we eens kijken hoe deze relatie van toepassing is op het sanitairsysteem. Stel dat u een tank met water onder druk hebt aangesloten op een slang die u gebruikt om de tuin water te geven.

Wat gebeurt er als je de druk in de tank verhoogt? Je kunt waarschijnlijk wel raden dat hierdoor meer water uit de slang komt. Hetzelfde geldt voor een elektrisch systeem:als u de spanning verhoogt, gaat er meer stroom vloeien.

Laten we zeggen dat u de diameter van de slang en alle fittingen naar de tank vergroot. Je raadt waarschijnlijk al dat hierdoor ook meer water uit de slang komt. Dit is als het verminderen van de weerstand in een elektrisch systeem, waardoor de stroomsterkte toeneemt.

Elektrisch vermogen wordt gemeten in watt . In een elektrisch systeem stroom ( P ) is gelijk aan de spanning vermenigvuldigd met de stroom.

De wateranalogie geldt nog steeds. Neem een ​​slang en richt die op een waterrad zoals die werden gebruikt om slijpstenen in watermolens te draaien. U kunt het door het waterrad opgewekte vermogen op twee manieren vergroten. Als u de druk van het water dat uit de slang komt verhoogt, het raakt het waterrad met veel meer kracht en het wiel draait sneller, meer vermogen genereren. Als u de stroomsnelheid verhoogt, het waterrad draait sneller door het gewicht van het extra water dat het raakt.

Op de volgende pagina, we zullen meer praten over elektrische efficiëntie.

Elektrisch rendement

Elektrische systemen zijn efficiënter wanneer een hogere spanning wordt gebruikt om de stroom te verminderen. WETENSCHAP FOTOBIBLIOTHEEK/Getty Images

In een elektrisch systeem, het verhogen van de stroom of de spanning zal resulteren in een hoger vermogen. Laten we zeggen dat je een systeem hebt met een 6-volt gloeilamp aangesloten op een 6-volt batterij. Het vermogen van de lamp is 100 watt. De vergelijking gebruiken ik =P/V , we kunnen berekenen hoeveel stroom in ampère er nodig zou zijn om 100 watt uit deze 6-volt lamp te halen.

Je weet dat P =100 W, en V =6 V. Dus, je kunt de vergelijking herschikken om I op te lossen en de getallen in te vullen.

ik =100 W/6 V =16,67 amp

Wat zou er gebeuren als je een batterij van 12 volt en een gloeilamp van 12 volt gebruikt om 100 watt aan stroom te krijgen?

I =100 W/12 V =8,33 amp

Dus, dit laatste systeem produceert hetzelfde vermogen, maar met de helft van de stroom. Er is een voordeel dat voortkomt uit het gebruik van minder stroom om dezelfde hoeveelheid stroom te maken. De weerstand in elektrische draden verbruikt stroom, en het verbruikte vermogen neemt toe naarmate de stroom door de draden toeneemt. U kunt zien hoe dit gebeurt door de twee vergelijkingen een beetje te herschikken. Wat je nodig hebt, is een vergelijking voor vermogen in termen van weerstand en stroom. Laten we de eerste vergelijking herschikken:

I =V/R kan worden aangepast als V =I*R

Nu kun je de vergelijking voor V in de andere vergelijking vervangen:

P =V*I in de plaats van V krijgen we P =I*R*I, of P =I 2 *R

Wat deze vergelijking u vertelt, is dat het door de draden verbruikte vermogen toeneemt als de weerstand van de draden toeneemt (bijvoorbeeld als de draden kleiner worden of van een minder geleidend materiaal zijn gemaakt). Maar het neemt dramatisch toe als de stroom die door de draden gaat, toeneemt. Dus, het gebruik van een hogere spanning om de stroom te verminderen, kan elektrische systemen efficiënter maken. Het rendement van elektromotoren verbetert ook bij hogere spanningen.

Deze verbetering van de efficiëntie heeft de auto-industrie ertoe aangezet om in de jaren negentig over te schakelen van elektrische systemen van 12 volt naar systemen van 42 volt. Naarmate meer auto's worden geleverd met elektrisch aangedreven voorzieningen - videoschermen, stoelverwarmers, "slimme" klimaatbeheersing - ze hadden dikke bundels bedrading nodig om voldoende stroom te leveren. Overschakelen naar een systeem met een hoger voltage zou meer vermogen opleveren met dunnere bedrading.

De overstap is nooit gebeurd, omdat autofabrikanten de efficiëntie konden verhogen met digitale technologie en efficiëntere elektrische pompen van 12 volt. Maar sommige nieuwe modellen maken gebruik van hybride systemen met een aparte 48-volt generator om geavanceerde functies zoals stationair uitschakelen aan te drijven en tegelijkertijd de algehele systeemefficiëntie te verhogen.

Voor meer informatie over elektriciteit en aanverwante onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Oorspronkelijk gepubliceerd:31 oktober 2000

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Hoe elektriciteitsnetten werken
  • Hoe elektriciteit werkt
  • Hoe noodstroomsystemen werken
  • Welke apparaten verbruiken het meeste stroom?
  • Hoeveel kost het om een ​​elektrische deken te laten lopen?