Как определить тепловую мощность резистора

Как рассчитать мощность ТЭНа калькулятором онлайн

Расчет мощности ТЭНа с помощью онлайн-калькулятора выполняется учетом объема бака самодельного водонагревателя. Кроме того, учитывается начальная и конечная (требуемая) температура воды, а также предполагаемое время нагрева. На точность результатов оказывает влияние фактическое напряжение электрической сети и особенности конструкции данного ТЭНа. Все эти исходные данные вводятся в онлайн-калькулятор расчета мощности.

Основой всех расчетов служит формула, определяющая математические показатели мощности: P=0,0011m(tk-tн)/T, где:

  • Р — это мощность ТЭНа,
  • m — масса воды, подлежащей нагреву,
  • tk-tн — температура воды в начале и конце нагрева,
  • Т — время, необходимое для нагрева воды.

Калькулятор позволяет вычислить мощность нагревательного элемента без учета потерь тепла, различающихся в соответствии с конструкцией той или иной емкости. Кроме того на тепловые потери влияет температура окружающей среды и другие факторы.

Во время расчетов ТЭНа следует учитывать показатели фактического напряжения электрической сети, значительно отличающиеся от предполагаемого номинала. Например, пониженное напряжение может привести к снижению расчетной температуры рабочей поверхности ТЭНа. Поэтому времени для нагрева одного и того же объема воды потребуется значительно больше.

Во время расчетов в окне калькулятора «Объем нагреваемой воды» может быть вставлено значение массы этой воды с учетом ее удельного веса, составляющего 1 г/см3. Нередко холодная вода для нагрева поступает из городских систем водоснабжения. В этих случаях предусмотрена ее начальная температура, которая рекомендуется в летний период примерно 5-8 градусов, а в зимний период — 13-18 градусов. Конечный результат расчетной мощности Р в формуле подходит не только для одного ТЭНа, но и для нескольких элементов, соединенных параллельно.

Как определить мощность резистора

Существует два способа определить уровень сопротивления той или иной модели – размер и формула.

Понять, как определить мощность конкретного резистора по внешнему виду, несложно – для этого установлены стандарты. Установленным габаритам стараются соответствовать все производители электротехнических деталей. В СССР были созданы таблицы, согласно которым мощность устройств регулировалась по длине и диаметру.

Важно! На элементах российского производства и некоторых зарубежных аналогах (сопротивлением в 1Вт и больше) значение мощности указывается на внешнем корпусе с помощью цифр. На иностранных устройствах другого уровня сопротивления дополнительно печатают букву «W»

Маркировка

Важно! На некоторых элементах импортного производства могут стоять другие обозначения. Это возможно, если производитель отказывается применять общепринятые стандарты

Кроме этого – при определении мощности резистора по внешнему виду важно помнить, что стандарты отечественных моделей несколько выше (идентичные российские модели немного крупнее). Мощность тока, выделяющаяся на резисторе, также определяется по специальной формуле

В качестве основы используется закон Ома, уравнение имеет следующий вид:

Мощность тока, выделяющаяся на резисторе, также определяется по специальной формуле. В качестве основы используется закон Ома, уравнение имеет следующий вид:

R = U / I, в которой R – сопротивление, U – напряжение в точках вывода В, I – сила тока на заданном участке.

Важно! Электротехнические платы редко содержат один элемент. Чаще платы содержат множество составляющих, соединяющихся последовательно или параллельно

Последовательная сцепка означает, что выход одного элемента соединяется с входом следующего – один за другим. Для расчета, используют онлайн-калькуляторы или следующую формулу мощности тока, выделяющегося на резисторе:

R123 = R1 + R2 + R3.

Элементов в формуле должно быть столько, сколько сопротивлений содержит электрическая схема.

Параллельное соединение означает, что резисторы соединяются парно, а формула выглядит следующим образом:

R = (R1 * R2) / ( R1 + R2).

Схема с резистором

Результат обычно меньше, чем значение самого маломощного элемента в системе. В некоторых схемах применяют смешанное соединение. Расчет применяется поэтапно – сначала вычисляют последовательные, затем параллельные. Результат складывается и получается итоговое сопротивление технической платы.

Как вычислить сопротивление проводника

Как я уже говорил, провод тоже имеет сопротивление, а значит, его можно вычислить. Для этого используется формула:

p- удельное электрическое сопротивление при температуре 20°С, значение которого берётся из таблицы;

l- длина проводника в метрах

S – площадь поперечного сечения (школьный курс геометрии). Если это круг, то , если квадрат или прямоугольник, то одна сторона умножается на другую и т.д. Значение подставляется в мм².

Перейдём к практике. Допустим, у нас есть стальной круглый прут длиной 5 метров и диаметром 5 мм. Посчитаем его сопротивление.  p стали составляет 0,15 Ом·мм²/м, длина известна – 5 метров, площадь поперечного сечения

(обратите внимание, что диаметр делим пополам, чтобы получить радиус и только потом вычисляем площадь). Осталось всё это подставить в формулу:. Где можно применить этот расчёт? Например, для изготовления предохранителей, когда нужно из подручных материалов в срочном порядке сделать новый или сделать мощное сопротивление

Под мощным подразумевается способность сопротивления выдерживать большие токи, то есть успевать отдавать тепло в окружающую среду без физического разрушения, а не значение. Таким образом, сопротивление может быть номиналом 1 Ом и мощностью 2000 ватт. Но чаще всего этот расчёт применяют для вычисления потери мощности на линии, однако это тема отдельной статьи, и касаться её мы пока не будем. Нужно так же обратить внимание, что при температурных условиях, отличных от 20°С необходимо применять поправочные коэффициенты, если требуется высокая точность

Где можно применить этот расчёт? Например, для изготовления предохранителей, когда нужно из подручных материалов в срочном порядке сделать новый или сделать мощное сопротивление. Под мощным подразумевается способность сопротивления выдерживать большие токи, то есть успевать отдавать тепло в окружающую среду без физического разрушения, а не значение. Таким образом, сопротивление может быть номиналом 1 Ом и мощностью 2000 ватт. Но чаще всего этот расчёт применяют для вычисления потери мощности на линии, однако это тема отдельной статьи, и касаться её мы пока не будем

Нужно так же обратить внимание, что при температурных условиях, отличных от 20°С необходимо применять поправочные коэффициенты, если требуется высокая точность

История открытия закона Ома для участка цепи

Вспомним, что несколько предыдущих уроков были посвящены изучению таких физических величин, как сила тока, напряжение и сопротивление. Мы рассмотрели природу возникновения электрического сопротивления, единицу его измерения и вкратце указали, от каких общих факторов оно зависит. Также мы знаем, что сила тока зависит от электрического поля, которое возникает в проводнике, а напряжение зависит от работы этого поля. Но электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, которое также характеризуется работой электрического тока. Следовательно, должна быть какая-нибудь связь между всеми этими понятиями: сила тока, напряжение, сопротивление.

Впервые определил эту зависимость в 1826 году немецкий физик Георг Ом (1789–1854) (рис. 1). Он провел очень большое количество экспериментов, в которых, прежде всего, исследовал зависимость силы тока в цепи от напряжения. Проводились его эксперименты следующим образом: ничего не меняя в электрической цепи, он подключал к ней различное большее число источников тока, в результате чего увеличивалось напряжение, подаваемое в цепь, что приводило к увеличению силы тока. Такие многочисленные эксперименты привели к получению закона силы тока от электрического сопротивления.

Опишем схему проведения экспериментов Георга Ома. В электрическую цепь он подключал проводник, на котором с помощью вольтметра и амперметра измерялись напряжение и сила тока соответственно, ключ и источник тока (рис. 2)

Обратим внимание на то, что в цепи подключено несколько источников тока, и изменение их количества позволяет пронаблюдать за изменением силы тока в цепи в зависимости от напряжения

Рис. 2. Схема экспериментов Г. Ома

В результате измерений прослеживается зависимость , где напряжение измеряется на зажимах AB, т. е. на проводнике.

Для того чтобы пронаблюдать зависимость силы тока от сопротивления, в той же цепи теперь следует не менять количество источников тока, а менять проводники, т. е. сопротивление цепи. Георг Ом поступил следующим образом: вместо одного проводника он подключил другой с вдвое большей длиной, т. е. с вдвое большим сопротивлением (почему это так, вы узнаете на следующем уроке). Аналогично он подключал и проводники с другими длинами и получил зависимость такого вида: . Т. е. при увеличении сопротивления проводника сила тока в нем уменьшается.

На графике зависимость силы тока в проводнике от сопротивления выглядит следующим образом (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость силы тока в проводнике от сопротивления

Такая зависимость называется обратно пропорциональной. Эту зависимость Ому пришлось достаточно долго получать, но именно это и привело его к выводу важнейшего закона электродинамики – закону Ома для участка цепи. Собрав вместе те две зависимости, которые мы показали выше, Ом и пришел к своему закону.

Формула Закона Джоуля-Ленца

Величину резистора для изготовления блока нагрузки для блока питания компьютера мы рассчитали, но нужно еще определить какой резистор должен быть мощности? Тут поможет другой закон физики, который, независимо друг от друга открыли одновременно два ученых физика. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля-Ленца.

Потребляемая нагрузкой мощность прямо пропорциональна приложенной величине напряжения и протекающей силе тока. Другими словами, при изменении величины напряжения и тока будет пропорционально будет изменяться и потребляемая мощность.

где
P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт;
U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
I – сила ток, измеряется в амперах и обозначается буквой А.

Зная напряжения питания и силу тока, потребляемую электроприбором, можно по формуле определить, какую он потребляет мощность. Достаточно ввести данные в окошки ниже приведенного онлайн калькулятора.

  Онлайн калькулятор для определения потребляемой мощности  
  Напряжение, В:  
  Сила тока, А:  
  

Закон Джоуля-Ленца позволяет также узнать силу тока, потребляемую электроприбором зная его мощность и напряжение питания. Величина потребляемого тока необходима, например, для выбора сечения провода при прокладке электропроводки или для расчета номинала.

  Онлайн калькулятор для определения силы тока в зависимости от потребляемой мощности  
  Потребляемая мощность, Вт:  
  Напряжение питания, В:  
  

Например, рассчитаем потребляемый ток стиральной машины. По паспорту потребляемая мощность составляет 2200 Вт, напряжение в бытовой электросети составляет 220 В. Подставляем данные в окошки калькулятора, получаем, что стиральная машина потребляет ток величиной 10 А.

Еще один пример, Вы решили в автомобиле установить дополнительную фару или усилитель звука. Зная потребляемую мощность устанавливаемого электроприбора легко рассчитать потребляемый ток и правильно подобрать для подключения к электропроводке автомобиля. Допустим, дополнительная фара потребляет мощность 100 Вт (мощность установленной в фару лампочки), бортовое напряжение сети автомобиля 12 В. Подставляем значения мощности и напряжения в окошки калькулятора, получаем, что величина потребляемого тока составит 8,33 А.

Разобравшись всего в двух простейших формулах, Вы легко сможете рассчитать текущие по проводам токи, потребляемую мощность любых электроприборов – практически начнете разбираться в основах электротехники.

Расчет резисторов

Для корректного подбора компонента в цепь потребуется найти значения его ключевых показателей. При разных типах соединений нескольких компонентов параметры будут принимать различные значения.

Последовательное соединение

При использовании последовательной схемы итоговый показатель сопротивления равен сумме отдельных значений для каждого резистора. Пользуясь этим правилом, можно узнать, компонент с каким показателем надо приобрести. Например, требуется получить в цепи 220 Ом, есть устройство на 130 Ом. Следовательно, надо купить второе на 220-130=90 Ом. Ток, идущий в цепи, и ток на каждом резисторном элементе в этом случае имеют одно и то же значение.

Параллельное соединение

Формула для общего сопротивления:

R=R1*R2/(R1+R2).

Из нее можно узнавать целевое сопротивление элемента, который надо приобрести. Электроток в неразветвленной части сети в этом случае равен сумме токов отдельных веток.

Важно! В отличие от предыдущего случая, данная схема рекомендуема к использованию, если показатели для отдельных элементов превышают общее требуемое R

Смешанное соединение

Оно включает в себя сочетания структур двух ранее обозначенных типов. Чтобы посчитать показатели для отдельных резисторов, схему понадобится упростить.

Разложение смешанной схемы на части

Мощность

Для выбора нужной детали надо знать, как правильно определить мощность резистора. Это можно сделать, опираясь на формулы:

P=U2/R=I2*R.

Нужно учитывать, что использование детали с параметром, превышающим рекомендуемый, допустимо, обратный случай – нет.

Разновидности резисторов

Несмотря на простоту принципа работы, существует целый ряд классификаций устройств. По способу монтажа различают:

  • Выводные – один из наиболее популярных вариантов, крепление осуществляется сквозь основу электрической платы; используется, если применение новой технологии SMD нецелесообразно или невозможно;
  • SMD – следующее «поколение» резисторов; у элементов данного типа отсутствуют боковые «усики»; применяются при сборке системных плат роботизированными системами – технология проще, крепление надежнее.

Резистор SMD

Кроме этого, учитывают методику изготовления прибора. Различают следующие варианты:

  • Проволочные – в качестве основного элемента выступает обмотка проволокой бифилярным способом, металл используют с малым удельным сопротивлением и способностью выдерживать высокие температуры;
  • Металлопленочные, композитные – основой выступают пленки из определенных сплавов (манганин, никелин, нихрон, углерод, оксиды металлов и другие).

Металлопленочные резисторы

Важно! Пленка в моделях последнего типа наматывается разной толщины (тонко или толсто). Технология применяется для элементов типа SMD и чипов

Дополнительное деление – по конструкции сборке. Возможны следующие варианты:

  • Постоянные – мощность сопротивления задается на заводе при сборке, не меняется в процессе использования;
  • Переменные – модели «подстроечного» типа, оснащены дополнительным блоком управления, который регулирует мощность сопротивления;
  • Нелинейные – параметры не настраиваются вручную, а зависят от внешних данных (температуры, напряжения, света и других).

Кроме этого, существуют специализированные токовые модели – высокоомные, с повышенным уровнем частоты работы, прецизионные (позволяющие рассчитывать более точные данные).

Напряжение.

По определению напряжение – это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля – это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

U = Ed

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи – это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, “напряжение в резисторе” – не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и “землей”. Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию “земля” Так вот “землей” в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Как определить по внешнему виду

На принципиальной электросхеме выделена, необходимая мощность резисторного элемента — тут все ясно. Но как вычислить мощность по визуальному виду на плате для печати? В общем, чем огромнее корпус, тем больше он может рассеивать тепла.

На российских сопротивлениях рядом с цифрами ставят букву В и все. А в зарубежных указывают W. Но эти символы есть не всегда. В иностранных может выделяться V или SW перед цифрами. Еще в импортных может также красоваться буква B, а в российских МЛТ может быть пустота или буква W. Сложно что-то понять, конечно. Подробнее о буквенной маркировке резисторов, читайте тут.

Еще есть небольшие замкнутые резисторные устройства, на которых и номинал невозможно поместить. В зарубежных он нанесен цветовыми полосами. Как в таком случае вычислить мощность рассеивания, насколько важен цвет?
В старом ГОСТе была табличка соответствий габаритов и мощностей. Отечественные резисторные элементы по-прежнему изготавливают в соответствии с ней. Импортные, кстати, тоже, но они по габаритам уступают нашим. Однако и с ними можно разобраться.

Если не можете решить, к какой группе причислить определенный экземпляр, лучше считать что он слабый в плане мощности. Тогда компонент точно не сгорит.

Определение мощности SMD-резистора по размерам

Так же, как и иные детали, SMD-резисторы рассчитаны на конкретную мощность рассеивания. Но, как её вычислить? Мощность стандартных чип-резисторов, которых сейчас много, можно определить исходя из их размерных характеристик.

Ниже, будет показана табличка №1, в которой выделено соответствие типоразмера СМД-резисторного компонента и его мощности. Также там выделен типовой размер резисторов в дюймовой системе маркировки, а реальные размерные хар-ки указаны в мм.

Так сделали, потому что самой популярной считается система маркировки типоразмера чип-резисторных компонентов в дюймах. Её все эксплуатируют: изготовители, люди занимающиеся поставками и магазины. А для того, чтобы вычислить типовой размер и мощность выделяемую на резисторе, вы должны определить длину и ширину с помощью линейки.
Таблица №1.

Типовой размер (дюймы) Параметры мощности (PR at 70°C) Мощность, Ватт. Длина (L) /Ширина (W), мм.
0075 1/50W 0,02 Ватт 0,3/0,15
01005 1/32W 0,03 Ватт 0,4/0,2
0201 1/20W 0,05 Ватт 0,6/0,3
0402 1/16W, 1/8W 0,063 Вт; 0,125 Ватт 1,0/0,5
0603 1/10W, 1/5W 0,1 Вт; 0,2 Ватт 1,6/0,8
0805 1/8W, 1/4W 0,125 Вт; 0,25 В 2,0/1,25
1206 1/4W, 1/2W 0,25 В; 0,5 В 3,2/1,6
1210 1/2W 0,5 Ватт 3,2/2,5
1218 1W; 1,5W 1 Вт; 1,5 Ватт 3,2/4,8
1812 1/2W, 3/4W 0,5 Вт; 0,75 Ватт 4,5/3,2
2010 3/4W 0,75 Ватт 5,0/2,5
2512 1W; 1,5W; 2W 1 Вт; 1,5 Вт; 2 Ватт 6,4/3,2

Необходимо выделить тот факт, что в колонке (Мощность, PR 70°C) для некоторых типовых размеров указано много значений мощностей. Дело в том, что компании занимающиеся производством, создают разные модели СМД-резисторов. В одних модификациях мощность компонентов для типового размера 0,5 Ватт, а в иной 0,25 Ватт.

К примеру, чип-резисторные элементы серии CRM компании Bourns рассчитаны на макс. параметры мощности: CRM0805 (0,25W), CRM1206 (0,5W), CRM2010 (1W). Эксплуатируются такие в импульсных питательных источниках в виде токовых сенсоров, токоограничительных резисторов, и так далее.

Об этом необходимо помнить, если вы будете эксплуатировать электрический резистор, мощность которого была установлена исходя из типовых размеров. Еще придется остановиться на минимальном значении мощности, взятом из таблички №1. Увеличить нельзя.

Данные в табличке №1 можно отнести лишь к стандартным SMD-резисторам.
Чаще всего, это чип резисторные компоненты на базе толстенькой плёнки. Они недорогие и самые популярные.

Уже давно известно, что есть немало специальных SMD-резисторов, которые выделяются своими фишками. К таким можно причислить элементы, которые функционируют при высоких температурных нагрузках (до 230°C), в агрессивных условиях среды, миллиомные чип резисторы, СМД резисторы-перемычки.

Их хар-ки, в том числе и мощность рассеивания, может быть отличной от значений, которые указаны в табличке №1 и считаются типовыми для обычных СМД-резисторов, количество которых в электронном графическом документе бывает огромным.

Как определить формулой общее сопротивление цепи

Из закона Ома исходит то, что общее сопротивление равно общему напряжению, деленному на общую силу тока в цепи. При параллельном подключении напряжение, как уже было сказано, равно везде, поэтому необходимо узнать его значение на любом участке цепи. С током все сложнее, так как на каждой ветке его значение свое и зависит от конкретного R.

Также необходимо помнить, что могут быть параллельные подключения с нулевым значением R. Если в какой-либо ветке нет резистора или другого подобного элемента, но весь ток будет течь через нее и все общее значение для цепи станет нулевым. На практике это случается при выходе резистора из строя или при замыкании. Такая ситуация может навредить другим элементам из-за большой силы тока.

Таблица удельной величины для различных проводников

Можно ли обойтись без резисторов

В бюджетных или просто старых приборах используются резисторы. Также они используются для подключения всего только нескольких светодиодов.

Но есть более современный способ – это понижение тока через светодиодный драйвер. Так, в светильниках в 90% встречаются именно драйверы. Это специальные блоки, которые через схему преобразуют характеристики тока и напряжения питающей сети. Главное их достоинство – они обеспечивают стабильную силу тока при изменении/колебании входного напряжения.

Сегодня можно подобрать драйвер под любое количество светодиодов. Но рекомендуем не брать китайские аналоги! Кроме того, что они быстрей изнашиваются, ещё могут выдавать не те характеристики в работе, которые заявлены на упаковке.

Интересное видео по теме:

Как подобрать резистор на замену

Если вам необходимо поменять резистор, брать надо либо той же мощности, либо выше. Ни в коем случае не ниже — ведь резистор и без того вышел из строя. Происходит это обычно из-за перегрева. Так что установка резистора меньшей мощности исключена. Вернее, вы его поставить можете. Но будьте готовы к тому, что скоро его снова придется менять.

Примерно определить мощность резистора можно по размерам

Если место на плате позволяет, лучше поставить деталь с большей мощностью рассеивания, чем была у заменяемой детали. Или поднять резистор той же мощности повыше (можно вообще не подрезать выводы) — чтобы охлаждение было лучше. В общем, при замене резистора, мощность берем либо ту же, либо выше на шаг.

Калькулятор рассеиваемой мощности и протекающей силы тока в зависимости от сопротивления и приложенного напряжения.

Демо закона Ома в реальном времени.

Для справки В данном примере вы можете увеличивать напряжение и сопротивление цепи. Данные изменения в реальном времени будут изменять силу тока протекающего в цепи и мощность рассеиваемую на сопротивлении.

Если рассматривать аудио системы — вы должны помнить что усилитель выдает определенное напряжение на определенную нагрузку (сопротивление). Соотношение двух этих величин определяет мощность. Усилитель может выдать ограниченную величину напряжения в зависимости от внутреннего блока питания и источника тока. Так же точно ограничена и мощность которую может подать усилитель на определенную нагрузку (к примеру 4 Ома). Для того что бы получить больше мощности, вы можете подключить к усилителю нагрузку с меньшим сопротивлением (к примеру 2 Ома). Учтите что при использовании нагрузки с меньшим сопротивлением — скажем в два раза (было 4 Ома, стало 2 Ома) — мощность тоже возрастет в два раза.(при условии что данную мощность может обеспечить внутренний блок питания и источник тока). Если мы возьмем для примера моно усилитель мощностью 100 Ватт на нагрузку 4 Ома, зная что он может выдать напряжение не более 20 Вольт на нагрузку. Если вы поставите на нашем калькуляторе бегунки Напряжение 20 Вольт Сопротивление 4 Ома Вы получите Мощность 100 Ватт

Если вы сдвинете бегунок сопротивления на величину 2 Ома, вы увидите как мощность удвоится и составит 200 Ватт.

В общем примере источником тока является аккумуляторная батарея (а не усилитель звука) но зависимости силы тока, напряжения, сопротивления и сопротивления одинаковы во всех цепях.

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На уроке речь пойдет об одном из центральных законов электродинамики – законе Ома для участка цепи. Будет изложена история его получения и указана формула с графической зависимостью.

Как рассчитать мощность резистора?

У резистора есть довольно важный параметр, который целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Этот параметр называется мощностью рассеивания. Он уже упоминался в статье о параметрах резистора.

Сама по себе мощность постоянного тока рассчитывается по простой формуле:

Как видим, мощность зависит от напряжения и тока. В реальной цепи через резистор протекает определённый ток. Поскольку резистор обладает сопротивлением, то под действием протекающего тока резистор нагревается. На нём выделяется какое-то количество тепла. Это и есть та мощность, которая рассеивается на резисторе.

Если в схему установить резистор меньшей мощности рассеивания, чем требуется, то резистор будет нагреваться и в результате сгорит. Поэтому, если в схеме нужно заменить резистор мощностью 0,5 Ватт, то ставим на 0,5 Ватт и более. Но никак не меньше !

Каждый резистор рассчитан на свою мощность. Стандартный ряд мощностей рассеивания резисторов состоит из значений:

Чем больше резистор по размерам, тем, как правило, на большую мощность рассеивания он рассчитан.

Допустим, у нас есть резистор с номинальным сопротивлением 100 Ом. Через него течёт ток 0,1 Ампер. На какую мощность должен быть рассчитан этот резистор?

Тут нам потребуется формула. Выглядит она так:

R(Ом) – сопротивление цепи (в данном случае резистора);

I(А) – ток, протекающий через резистор.

Все расчёты следует производить, строго соблюдая размерность. Так, если сопротивление резистора не 100 Ом, а 1 кОм, то в формулу нужно подставить значение в Омах, т.е. 1000 Ом (1 кОм = 1000 Ом). Тоже правило касается и других величин (тока, напряжения).

Рассчитаем мощность для нашего резистора:

Мы получили мощность 1 Ватт. Теперь небольшое отступление.

В реальную схему необходимо устанавливать резистор с мощностью в полтора – два раза выше рассчитанной.

Поэтому нам подойдёт резистор мощностью 2 Вт (см. стандартный ряд мощностей резисторов).

Также есть и другая формула для расчёта мощности. Она применяется в том случае, если неизвестен ток, который протекает через резистор.

Всё бы хорошо, но в жизни бывают случаи, когда применяется последовательное или параллельное соединение резисторов. Как рассчитать мощность рассеивания для каждого из резисторов в последовательной или параллельной цепи?

Допустим, нам требуется заменить резистор сопротивлением 100 Ом. Протекающий через него ток равен 0,1 Ампер. Следовательно, мощность этого резистора 1 Ватт.

Для его замены можно применить два соединённых последовательно резистора сопротивлением 20 Ом и 80 Ом. На какую мощность должны быть рассчитаны эти резисторы?

Для последовательной цепи действует одно правило. Через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же ток. Теперь применим формулу для расчёта мощности и получим, что мощность рассеивания резистора на 20 Ом должна быть равна 0,2 Вт, а резистора на 80 Ом — 0,8 Вт. Выбираем резисторы согласно стандартному ряду мощностей:

Как видим, если сопротивления резисторов будут разные, то и мощность на них будет выделяться разная.

Мощность, рассеивающаяся на резисторе, зависит в первую очередь от тока, который течёт через данный резистор. А ток зависит от сопротивления резистора. Поэтому, если вы соединяете последовательно резисторы разных номиналов, то и рассеивающаяся мощность распределиться между ними.

Это обстоятельство необходимо учитывать при самостоятельном конструировании электронных самоделок иначе при неправильном подборе резисторов может получиться так, что на одном резисторе выделиться больше мощности, чем на другом, и он будет работать в тяжёлом температурном режиме.

Чтобы не ломать голову и не рассчитывать мощность каждого в отдельности резистора, можно поступать так:

Мощность каждого резистора, входящего в составляемую нами цепь (параллельную или последовательную) должна быть равна мощности заменяемого резистора. Иными словами, если нам надо заменить резистор, мощностью 1 Вт, то каждый из резисторов для его замены должен иметь мощность не менее 1 Ватта. На практике это самое быстрое и эффективное решение.

Для параллельного соединения резисторов нужно учитывать, что через резистор с меньшим сопротивлением протекает больший ток. Следовательно, и мощности на нём будет рассеиваться больше.

«>

Типы и обозначения резисторов

В основном в продажу выпускаются изделия с типовыми значениями мощности рассеяния (0,05, 0,125, 0,25, 0,5, 1, 2 и 5 Ватт). Визуальные обозначения изделий с различными номиналами на электросхемах регламентированы ГОСТ. Перед сборкой надо проверить соответствие используемых деталей указанным на схеме номиналам. Выпускаются элементы и с другими мощностными показателями, отличными от стандартов. На практике они используются нечасто, в основном, под конкретную задачу.

Спецификации к проектируемой схеме, как правило, содержат указания, какими значениями основных параметров должен обладать резистор. Иногда указываются даже конкретная модель, а также допустимое значение отклонения от фиксируемого номинала.

Обозначение деталей с разным номиналом

Свойства и технические характеристики резисторов

Как уже отмечалось, резисторы в электрических цепях и схемах выполняют регулировочную функцию. С этой целью используется закон Ома, выраженный формулой: I = U/R. Таким образом, с уменьшением сопротивления происходит заметное возрастание тока. И, наоборот, чем выше сопротивление, тем меньше ток. Благодаря этому свойству, резисторы нашли широкое применение в электротехнике. На этой основе создаются делители тока, использующиеся в конструкциях электротехнических устройств.

Помимо функции регулировки тока, резисторы применяются в схемах делителей напряжения. В этом случае закон Ома будет выглядеть несколько иначе: U = I x R. Это означает, что с ростом сопротивления происходит увеличение напряжения. На этом принципе строится вся работа устройств, предназначенных для деления напряжения. Для делителей тока используется параллельное соединение резисторов, а для делителей напряжения – последовательное.
На схемах резисторы отображаются в виде прямоугольника, размером 10х4 мм. Для обозначения применяется символ R, который может быть дополнен значением мощности данного элемента. При мощности свыше 2 Вт, обозначение выполняется с помощью римских цифр. Соответствующая надпись наносится на схеме возле значка резистора. Мощность также входит в состав маркировки, нанесенной на корпус элемента. Единицами измерения сопротивления служат ом (1 Ом), килоом (1000 Ом) и мегаом (1000000 Ом). Ассортимент резисторов находится в пределах от долей ома до нескольких сотен мегаом. Современные технологии позволяют изготавливать данные элементы с довольно точными значениями сопротивления.

Важным параметром резистора считается отклонение сопротивления. Его измерение осуществляется в процентах от номинала. Стандартный ряд отклонений представляет собой значения в виде: +20, +10, +5, +2, +1% и так далее до величины +0,001%.

Большое значение имеет мощность резистора. По каждому из них во время работы проходит электрический ток, вызывающий нагрев. Если допустимое значение рассеиваемой мощности превысит норму, это приведет к выходу из строя резистора. Следует учитывать, что в процессе нагревания происходит изменение сопротивления элемента. Поэтому если устройства работают в широких диапазонах температур, применяется специальная величина, именуемая температурным коэффициентом сопротивления.

Для соединения резисторов в схемах используются три разных способа подключения – параллельное, последовательное и смешанное. Каждый способ обладает индивидуальными качествами, что позволяет применять данные элементы в самых разных целях.

Общие данные, необходимые для вычислений

Чем мощнее электрообогреватель, тем быстрее он подогревает заданное количество воды. Поэтому приборы по этому параметру подбирается в соответствии с задачами, необходимым объёмом и допустимым временем ожидания. Так, например, нагрев до 60°С 15 литров с нагревателем в 1,5 кВт займёт около полутора часов. Однако для больших объёмов (например, для наполнения 100-литровой ванны) при разумном времени ожидания (до 3 часов) для доведения жидкости до комфортной температуры понадобится устройство на 3 кВт мощнее.

Для полноценного вычисления расчётной мощности необходимо учесть ряд параметров:

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий