Электрическая вода или водное электричество
После недавней статейки про жидкометаллический теплоноситель, написал мне один товарищ, с вопросом, что вот мол теплоноситель — это всё ваши гидравлические штучки, а настоящие нагревательные приборы будущего — это электрические. Им вообще никакой теплоноситель не нужен.
В общем-то для справедливости в этом есть, но мысль уже бежала в другую сторону.
Вот можно ли считать электричество теплоносителем?
Что вообще общего у электрического тока и воды?
А оказывается больше, что казалось на первый взгляд.
Вот что такое электрический ток? Ну с окончательным мнением учёные пока не определились, но «направленное движение заряженных частиц» — вполне себе определение из учебника физики.
А вода? Движение воды — это у нас поток.
Ток — Поток.
Вода течёт у нас по трубам определённого сечения с определённой скоростью — меряем это в тоннах(или м3) в час.
В электрических же сетях со скоростью сложнее, но если максимально упрощать — то обращаемся мы к такой величине как Заряд — меряется в Кулонах и показывает электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника с током 1 Ампер за секунду.
Если есть поток, то у него должна быть какая-то величина — логично? Т.е. у воды — это объём (V). Об ком? Объем, ну в смысле сколько м3 у нас по трубам течёт.
А электричество? А в электричестве это понятие электрической ёмкости можно меряют его в Фарадах — 1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт.
Кто сказал конденсатор?
Это ещё что за?
Идём по аналогии — в гидродинамике — это у нас самый натуральный бак расширитель. Стоит себе такой бак на трубопроводе и ничего по сути не делает, кроме того — что собирает в себя воду, после чего отдаёт обратно в систему.
А зачем он нам такой замечательный? Ну это просто — он позволяет сгладить перепады давления в системе. Точно так же и конденсатор накапливая заряд сглаживает скачки напряжения в электрической цепи (да-да-да это не единственная функция). А напряжение у нас меряется в Вольтах.
Ну а если есть у нас движущийся поток, то должно быть и то, что этому движению мешает — сопротивление. Тут, я думаю, и так все понятно.
Вот и получается, что у электричества и воды имеется некоторые количество сходных свойств.
Зы без претензии на научность.
Дубликаты не найдены
Как радиоинженер теплоэнергетику. еще градус нельзя понижать 🙂
А по сути — в гидравлической системе отопления и в электрической системе отопления принципиально разный перенос тепла.
ток это старое название течения. Любого. Ток воды. Ток зефирв (ветерка). И вполне логично — ток электронов
А если копнуть — все ваши теории развалятся.
Кроме как очень приближенных аналогий школьного уровня — ничего общего то и нет
ещё кирхгоф построил свои законы правила на гидравлических аналогиях.
и ещё. движения воды могут генерировать радиоволны?
а, да ещё.электрический ток квантуется, а течение жидкости?
* но ведь течение воды генерирует волны, пускай и не электромагнитные. Но принцип тот же — когда вода начинает изменять направление своего течения, встречается с препятствием, или еще какая эбола происходит — возникают и волны на воде.
И да, течение воды тоже квантуется. В смысле можно посчитать какое именно количество молекул воды перетекло.
*я не то чтобы согласен с бредом в посте — я его даже не читал дальше первых трех строчек, но.
квантование электрической проводимости — это не дробный эффект от электрона, это ступенчатое изменения тока, в зависимости от напряжения.
Какая разница, квант или квант в единицу времени.
ну типа как между одним шагом и скоростью, которая изменяется ступенчато.
И там и там текут кванты, и там и там взаимодействие обусловлено элементарными свойствами кванта. Могли бы мы изменять гравитацию так же легко как изменяли бы магнитное поле или например напряжение — квантовалось бы и течение воды как миленькое же.
электрический ток это всего лишь течение электронов по проводу. А вот электроны переносят энергию. То есть и вода и электроны — носители энергии.
Разница между водой и электронами всего лишь в виде энергии. которую они имеют. У воды — кинетическая, а у электрона, соответственно, электрическая.
Вообще-то электроны крутятся вокруг атомов. но если приложить ЭДС, то электроны будут срываться со своих орбит и перемещаться вслед за электрическим полем. Именно это движение электронов и называется электрический ток. То есть течение электронов.
«. двадцать семь тысяч вольт»
Помню, в детстве катался на электричках с отцом (он железнодорожник).. И ещё чётко помню, как хрипловатый голос из-под потолка призывал не лезть на вагоны, а то напряжение контактной сети «двадцать семь тысяч вольт».
От отца я точно знал, что напряжение в проводах — высокое, ток — переменный, он мне много чего в детстве объяснял интересного.
Родился я в Саратове, и что бывают другие напряжения в контактной сети, узнал случайно, от друга, который больше, чем железную дорогу, любит только ЛЭП, наверное.
Электровозы с 30-ых годов девятнадцатого века будоражили умы изобретателей — тогда только изобрели модное электричество, и надо было срочно избавляться от лошади, пара и с ноги заходить в светлый мир будущего. Пока инженеры строили свои электрические повозки, доводили до ума двигатели, паровоз просто работал.
Только через 60 лет электрифицировали кусочек не тестово-опытной, а настоящей, действующей ЖД в США — но только в тоннелях, чтобы паровозы перестали там чадить. Напряжение было постоянным и низким: 650 Вольт.
Всем срочно хотелось больше скорости, мощности, а вопрос был в том, как передать ток по проводам без потерей. Потери идут из-за нагрева, а нагрев зависит только от силы тока.
Если повысить напряжение, можно оставить ту же мощность, но снизить силу тока, а значит и нагрев!
Итак, в начале прошлого века строят линии на 1500 и 3000 Вольт постоянного тока — кто как хочет — Европа же, у них там можно. Почему так? Постоянный ток очень удобно превращать в движение: двигатели компактные, простые, легко регулировать мощность.
Зато низкое (относительно будущих десятков киловольт) постоянное напряжение приносит очень много боли, когда разговор заходит о преобразовании напряжения и передачи его на большие расстояния.
К счастью, «война токов» (Теслы и Эдисона) уже заканчивалась, и в мире побеждал переменный. Поэтому можно было вдоль путей ставить трансформаторы, которые высокое напряжение по щелчку пальца уменьшают, остаётся только этот ток выпрямить да подать в электровоз через контактный рельс, провод — или что вы там ещё придумаете. Выпрямление переменки тоже тогда вызывало проблемы, кстати — до полупроводников ещё 50 лет.
Мой респект советским инженерам.
Москва, Питер и окрестности к концу 20-ых годов прошлого века уже были на 3000 Вольтах постоянного тока, а когда советы решили насадить электрификацию на Кавказе, стало понятно, что в гору требуется гораздо больше энергии. И больше потерь, если передавать по линиям 3 кВ. Можно сделать с двумя контактными проводами и подстанциями через каждые пару километров (как сейчас делают на загруженных участках, чтоб «Сапсан» летал), но зачем?
Решили 25 киловольт сделать. К тому времени появились вполне приличные движки на переменном токе. Правда пока разрабатывали, война началась, а в 50-ых уже французы первыми сделали.
Современным электровозам без разницы — 25 или 3, переменка или постоянка, как этот ЭП20 в модных очках.
— Легко сделать из 100+ киловольт с ЛЭП нужные 25 с помощью трансформатора.
— Малые потери энергии при передаче
— Можно передать большую мощность.
— Пока не появились нормальные полупроводники, ток выпрямляли и управляли движками с помощью ртутных лампам. А когда в нескольких стеклянных колбах в локомотиве греется и трясётся в сумме пару стаканов ртути. Короче локомотивная бригада носила противогазы на всякий пожарный.
— Если залез на крышу, то переменкой 25 кВ вдарит намного крепче, чем постоянкой 3 кВ.
Вы же не забыли, что в Саратове «. двадцать семь тысяч вольт», а в Москве — три?
Во-первых, почему 27? Должно ж 25.
— Из-за того, что пускают обычно побольше, и пусть себе теряется-просаживается до нормы потом. Электровозы работают от 19 до 29 кВ, они же это напряжение всё равно понижают, чтоб всадить в движки.
Во-вторых, как соединяются две разные системы: постоянного и переменного тока?
— Загнать поезд на станцию, отцепить локомотив, увести, переключить напряжение, пригнать другой и подцепить.
— Между участками с разным напряжением сделать без электричества — тогда соединять через тепловозный участок, вот и делов-то, ничего на станции переключать не надо. Это тепловозная вставка. Распространённая вещь (смотрите карту).
Ссылка на полную карту:
— Купить дорогой, тяжёлый (ну это плюс даже — колёса будут лучше цепляться за рельсы) электровоз, который работает на любом напряжении. Разгонится такой на одном напряжении, проедет несколько метров вхолостую, подцепится к новой системе и спокойно дальше поедет.
Собственно, карта. От Москвы до Саратова надо сменить локомотив трижды — есть тепловозный участок от Мичуринска до Ртищево, а в Узуново меняют переменку на постоянку
Понимаю, что всем до смерти надоела вода и SEO-шная дичь на на ядзене, когда авторы тянут резину до дочитки. Я, в принципе, на своём канале тоже тяну — но если вы сюда дочитали, значит сработало?
Катушки
Химический диод. ИСПЫТАНИЕ
На основе отзывов не предыдущий пост сделал некоторые выводы и измерения. Без говорящей головы, с осциллограммами, всё как хотели критики.
Измеряю основные параметры работы этого устройства и показываю возможность его практического применения.
Конструктивно выпрямитель состоит из пластиковой емкости, двух алюминиевых электродов, стального электрода и электролита, полученного растворением примерно двух чайных ложек пищевой соды на 200 миллилитров воды комнатной температуры.
Алюминиевый электрод сделан из 6 метров алюминиевого провода сечением 2.5 кв мм. Площадь алюминиевого электрода – около 330 кв см, но из-за того, что проволока свернута в спираль и часть витков накладывается друг на друга, рабочая площадь получается меньше.
Такая сборка функционально соответствует двум диодам, соединенным вместе анодами.
Роль общего анода играет стальной электрод.
Для электропитания стенда используется сетевой трансформатор с двумя вторичными обмотками на 13 вольт. Они нужны для получения низкого напряжения промышленной частоты 50 герц и для гальванической развязки испытательного стенда от электросети.
Схемы, измерения, провода и лампочки — в видеоролике.
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.
Источник
