Конвертер величин

Зная тепловой поток, можно определить насколько хорошо работают устройства, которые поглощают или отдают тепло, проверить как происходит теплообмен между зданиями и окружающей средой, а также обеспечить пожарную безопасность. Измерение теплового потока также необходимо для решения многих других задач. Тепловой поток обычно измеряют датчиками теплового потока.

В климатологии и в сельском хозяйстве

В климатологии и в сельском хозяйстве тепловой поток измеряют, чтобы определить насколько солнечное излучение нагревает Землю, и как на это нагревание влияют различные поверхности и материалы, покрывающие почву. Такая информация полезна во время посадки растений, так как помогает определить, как создать оптимальные для них условия. Например, можно проверить тепловой поток с разными видами мульчи, чтобы выбрать мульчу с самой оптимальной теплоотдачей для того или иного растения. Тепловой поток измеряют также и для сельскохозяйственных строений, например теплиц, чтобы понять, какой тип строения больше подходит в каждой ситуации, и как архитектурные особенности здания влияют на теплообмен. Кроме зданий, на теплообмен влияют и кроны растений, поэтому в некоторых случаях тепловой поток измеряют и для крон. Крону можно легко обрезать, или наоборот увеличить, посадив более плотно растения, поэтому полезно знать, как форма кроны влияет на теплообмен.

В городах тоже часто измеряют тепловой поток, для того, чтобы знать, что сделать, чтобы его изменить. В городах на тепловой поток чаще всего влияет жизнедеятельность людей, например работа заводов и движение транспорта. Зная насколько эти факторы влияют на тепловой поток, можно, контролируя их, регулировать тепловой поток.

Содержание в почве влаги, а также движение животных, которые в ней живут, может изменить тепловой поток, поэтому точно его измерить получается не всегда. Например, температура дождя почти всегда отличается от температуры почвы, поэтому после дождя температура почвы изменяется. Эти факторы необходимо учитывать при измерении теплового потока почвы.

Определение тепловой эффективности

Измерение теплового потока помогает определить эффективность солнечных батарей, изоляции помещений, и в других подобных ситуациях, когда необходимо либо передать тепло, либо, наоборот, предотвратить его потерю. Измерения теплового потока, помогают заметить возможные проблемы, например, разрывы в термоизоляции. Измерения теплового потока помогают также определить, как происходит нормальный теплообмен для нагревателей и кондиционеров. Так, например, в области солнечной энергетики с помощью датчиков измеряют тепловой поток в нормальных условиях, а также регулярно следят за этими показателями, чтобы сразу заметить, если солнечным батареям нужно техническое обслуживание. Измерения теплового потока изоляции помогают экспериментировать с разными материалами и методами строительства, чтобы создать оптимальные условия в помещении. Иногда проверяют, как влияют на тепловой поток не только материалы, но и растения, так как растения часто уменьшают теплопередачу и помогают сэкономить электроэнергию, необходимую для обогрева или охлаждения.

Пожарная безопасность

Если известен тепловой поток в нормальных условиях, то регулярная его проверка помогает заметить отклонения от норм пожарной безопасности. Во многих датчиках теплового потока, предназначенных для этих целей, установлена система оповещения, чтобы сразу было понятно, если существует угроза безопасности.

Обнаружение загрязнения в котлах и трубах

Зная плотность теплового потока в котлах или трубах в нормальных условиях, можно регулярно сравнить ее с рутинными измерениями теплового потока, чтобы обнаружить загрязнение и накипь на поверхностях. Такое загрязнение образуется, когда органические и неорганические вещества покрывают поверхность и ухудшают теплопередачу. В результате на обогрев требуется больше энергии, чем в обычных условиях. В такой ситуации уменьшение теплового потока по сравнению с нормой обычно означает, что поверхности необходимо проверить и очистить.

Защитная одежда

Для проверки безопасности защитной одежды, например спальных мешков, палаток, и гидрокостюмов, также используют датчики теплового потока. Обычно такая одежда изолирует тело от окружающей среды и уменьшает тепловой поток, поэтому, измеряя тепловой поток, легко определить, в норме ли теплообмен между телом человека и окружающей средой. Само определение теплового потока усложняется тем, что при движении датчик может легко отойти от кожи. Во время измерения необходимо за этим следить. Такие датчики, конечно же, плоские, а не игольчатые, чтобы не повредить кожу.

Исходя из этого Ом стал экспериментировать с разными материалами проводника. Для того, чтобы определить их проводимость он подключал их последовательно и подгонял их длину таким образом, чтобы сила тока была одинаковой во всех случаях.

Важно при таких измерениях было подбирать проводники одного и того же диаметра. Ом, замеряя проводимость серебра и золота, получил результаты, которые по современным данным не отличаются точностью. Так, серебряный проводник у Ома проводил меньше электрического тока, чем золотой. Сам Ом объяснял это тем, что его проводник из серебра был покрыт маслом и из-за этого, по всей видимости, опыт не дал точных результатов.

Однако не только с этим были проблемы у физиков, которые в то время занимались подобными экспериментами с электричеством. Большие трудности с добычей чистых материалов без примесей для опытов, затруднения с калибровкой диаметра проводника искажали результаты тестов. Еще большая загвоздка состояла в том, что сила тока постоянно менялась во время испытаний, поскольку источником тока служили переменные химические элементы. В таких условиях Ом вывел логарифмическую зависимость силы тока от сопротивления провода.

Немногим позже немецкий физик Поггендорф, специализировавшийся на электрохимии, предложил Ому заменить химические элементы на термопару из висмута и меди. Ом начал свои эксперименты заново. В этот раз он пользовался термоэлектрическим устройством, работающем на эффекте Зеебека в качестве батареи. К нему он последовательно подключал 8 проводников из меди одного и того же диаметра, но различной длины. Чтобы измерить силу тока Ом подвешивал с помощью металлической нити над проводниками магнитную стрелку. Ток, шедший параллельно этой стрелке, смещал ее в сторону. Когда это происходило физик закручивал нить до тех пор, пока стрелка не возвращалась в исходное положение. Исходя из угла, на который закручивалась нить можно было судить о значении силы тока.

В результате нового эксперимента Ом пришел к формуле:

Х = a / b + l

Здесь X – интенсивность магнитного поля провода, l – длина провода, a – постоянная величина напряжения источника, b – постоянная сопротивления остальных элементов цепи.

Если обратиться к современным терминам для описания данной формулы, то мы получим, что Х – сила тока, а – ЭДС источника, b + l – общее сопротивление цепи .

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для отдельного участка цепи гласит: сила тока на участке цепи увеличивается при возрастании напряжения и уменьшается при возрастании сопротивления этого участка.

I = U / R

Исходя из этой формулы, мы можем решить, что сопротивление проводника зависит от разности потенциалов. С точки зрения математики, это правильно, но ложно с точки зрения физики. Эта формула применима только для расчета сопротивления на отдельном участке цепи.

Чтобы рассчитать сопротивление проводника, нужно перемножить его длину на удельное сопротивление его материала и разделить на площадь поперечного сечения.

Таким образом формула для расчета сопротивления проводника примет вид:

R = p ⋅ l / s

Закон Ома для полной цепи

Отличие закона Ома для полной цепи от закона Ома для участка цепи заключается в том, что теперь мы должны учитывать два вида сопротивления. Это «R» сопротивление всех компонентов системы и «r» внутреннее сопротивление источника электродвижущей силы. Формула таким образом приобретает вид:

I = U / R + r

Закон Ома для переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).

Попробуем разобраться, в чем реальная разница между реактивным и активным сопротивлением в цепи с переменным током. Вы уже должны были понять, что значение напряжение и силы тока в такой цепи меняется со временем и имеют, грубо говоря, волновую форму.

Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.

Весь процесс происходит с определенной периодичностью. Та точка, где значение напряжения или силы тока из минимального значения поднимаясь к максимальному значению проходит через нуль называется фазой.

На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие активного сопротивления от реактивного в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.

Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.

Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

U = I ⋅ ωL

Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).

Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:

U = I / ω ⋅ С

С – емкость реактивного сопротивления.

Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.

Полный же будет выглядеть следующем образом:

I = U / Z

Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает единый метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через однослойные и многослойные ограждающие конструкции жилых, общественных, производственных и сельскохозяйственных зданий и сооружений при экспериментальном исследовании и в условиях их эксплуатации.

Стандарт распространяется на ограждающие конструкции отапливаемых зданий, испытываемые в условиях климатических воздействий в климатических камерах и при натурных теплотехнических исследованиях в условиях эксплуатации.

Технические характеристики прибора ИТП-МГ 4.03 Поток

Конструктивно измеритель плотности теплового потока и температуры ИТП-МГ 4.03 “Поток” выполнен в виде электронного блока и соединенных с ним посредством кабелей модулей, к каждому из которых, в свою очередь, подсоединены посредством кабелей 10 датчиков теплового потока и/или температуры.

Схема кабельных присоединений преобразователей теплового потока и датчиков температуры измерителя ИТП-МГ 4.03 «Поток»

Принцип действия, положенный в основу измерителя, заключается в измерении термоЭДС контактных термоэлектрических преобразователей теплового потока и сопротивления датчиков температуры.

Преобразователь теплового потока представляет собой гальваническую медьконстантановую термобатарею из нескольких сот последовательно соединенных термопар, сложенных бифилярно в спираль, залитую эпоксидным компаундом с различными добавками. Преобразователь теплового потока имеет два вывода (по одному от каждого конца чувствительного элемента).

Работа преобразователя основана на принципах «дополнительной стенки» (пластинки). Преобразователь закрепляется на теплообменной поверхности исследуемого объекта, образуя дополнительную стенку. Тепловой поток, проходящий через преобразователь, создает в нем градиент температур и соответствующий термоэлектрический сигнал.

В качестве выносных датчиков температуры в измерителе применяются платиновые преобразователи сопротивления по ГОСТ 6651, обеспечивающие измерение поверхностных температур путем их крепления на исследуемые поверхности, а также температур воздуха и сыпучих сред методом погружения.

1. Предел измерения:

• плотности теплового потока: 10-999 Вт/м 2 ;
• температуры: от минус 30 °C до 100 °C.

1. Пределы допускаемой основной абсолютной погрешности при измерении:

• плотности теплового потока: ± 6%;
• температуры: ± 0,2 °C.

1. Пределы допускаемой дополнительной относительной погрешности при измерении:

• плотности теплового потока, вызванной отклонением температуры преобразователей теплового потока от 20 °C: ± 0,5 %;
• температуры, вызванной отклонением температуры электронного блока и модулей от 20 °C: ± 0,05 °C.

1. Термическое сопротивление преобразователей:

• плотности теплового потока не более 0,005 м 2 · °C/Вт;
• температуры не более 0,001 м 2 · °C/Вт.

1. Коэффициент преобразования преобразователей теплового потока не более 50 Вт/(м 2 · мВ).
2. Габаритные размеры не более:

• электронного блока 175 x 90 x 30 мм;
• модуля 120 x 75 x 5 мм;
• датчиков температуры диаметром 12 мм и толщиной 3 мм;
• преобразователей теплового потока (прямоугольных): от пластин 10 x 10 мм толщиной 1 мм до пластин 100 x 100 мм толщиной 3 мм;
• преобразователей теплового потока (круглых) от пластин диаметром 18 мм толщиной 0,5 мм до пластин диаметром 100 мм толщиной 3 мм.

1. Масса не более:

• электронного блока 0,25 кг;
• модуля с десятью преобразователями (с кабелем длиной 5 м) 1,2 кг;
• единичного преобразователя температуры (с кабелем длиной 5 м) 0,3 кг;
• единичного преобразователя теплового потока (с кабелем длиной 5 м) 0,3 кг.

Метод тарировки преобразователя теплового потока изложен в Приложение Б к ГОСТ 25380-2014

Источник: ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость; ГОСТ 25380-2014 Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.

Зачем нужно измерять силу тока

Силу тока в проводнике или на участке электрической цепи измеряют для того, чтобы иметь понятие о характеристиках данного проводника или цепи. Так как сила тока – один из основных параметров электричества, он неразрывно связан с другими значениями по типу напряжения и сопротивления. Более того, как уже стало понятно, три этих величины могут пропорционально определять друг друга.

Солнечная панель также является источником, преобразующим световую энергию

Расчеты силы электротока делаются в разных случаях:

• При прокладке электрических сетей.
• При создании приборов.
• В образовательных целях.
• При выборе подходящих деталей для совершения тех или иных действий.

Общее описание силы тока

Сила тока является объемом электрических зарядов, проходящих сквозь поперечные профили проводников в интервале времени, равному одной секунде. Как уже было выше сказано, что за единиц силы тока принимают Ампер, которая и принадлежит к Международной СИ, используемой во всех странах мира.

Один ампер равен силе изменения потока электричества при прохождении по параллельным, парным линейным проводникам бесконечной длины, имеют ничтожно малую площадь кругового сечения. Эти материалы находятся в вакууме друг от друга на расстоянии одного метра. Он вызывает силу взаимного влияние равную 2*10-7. Единица исчисления силы тока Ампер соответствует одному кулону, пройденному за одну секунду через поперечный профиль материала проводника.

В математическом исчислении характеристика выглядит как 1 А = 1 кулон/1 секунда. Величина показателя относительно большая, поэтому для бытовых электроприборов и микросхем применяют дополнительные единицы: 1 мА и 1 мкА, которые равны одной тысячной и одной миллионной части ампера.

Если известна величина электрозаряда, прошедшего сквозь проводник с нужным сечением за требуемый промежуток времени, то параметр можно выразить следующей формулой: l=q/t.

В замкнутой сети без ответвлений за одну секунду времени проходит одинаковое количество электронов в любом участке проводника. Поскольку заряды не могут накапливаться исключительно в одном участке электрической цепи, то его интенсивность не зависит от толщины и сечения кабеля.

Для более сложных цепей с ответвлениями такое утверждение также остается истинным. Но такое определение действует только для отдельных участков схемы, которые следует рассматривать как элементарная сеть.

Что такое взаимная индукция? Взаимная индуктивность

Для разъяснения понятия взаимной индукции рассмотрим две катушки К1 и К2 расположенные близко друг от друга

Взаимная индукция двух катушек расположенных рядом.

Если по одной из катушек пропускать электрический ток i1, то вокруг данной катушки возникнет магнитное поле с потоком Φ1, часть магнитных силовых линий которого будет пересекать и вторую катушку, вокруг которой образуется магнитный поток Φ12. Таким образом, при изменении тока i1в первой катушке будет изменяться магнитный поток Φ1, а, следовательно, и магнитный поток Φ12, пересекающий вторую катушку, что непременно приведёт к изменению электрического тока во второй катушке и соответственно возникновению ЭДС.

Таким образом, возникновение ЭДС в контуре под действием изменяющегося тока в близкорасположенном соседней катушке, имеет название взаимной индукции.

Как было сказано выше, явление самоиндукции в количественной форме выражается индуктивностью L, аналогично и взаимная индукция определяется физической величиной называемой взаимной индуктивностью М (имеет размерность Генри – «Гн»). Данная величина определяется отношением потокосцепления во вторичной катушке Ψ₁₂ к току в первичной катушке i₁

Однако, определить взаимную индукцию можно и обратным способом, то есть пропуская ток i₂ через вторичную катушку. В этом случае будет создаваться магнитный поток Φ2, часть которого Φ21 будет пронизывать первичную катушку, тогда взаимная индукция будет определяться следующим выражением

Так же как и в случае с самоиндукцией, ЭДС взаимной индукции во вторичной катушке будет зависеть от скорости изменения магнитного потока или потокосцепления

Взаимная индуктивность М имеет зависимость от индуктивности двух катушек и определяется согласно следующему выражению

где k – коэффициент связи, зависящий от степени индуктивной связи между катушками;

L₁ – индуктивность первой катушки;

L₂ – индуктивность второй катушки.

Коэффициент индуктивной связи k определяется следующим выражением

Из данного выражения видно, что коэффициент связи всегда будет меньше единицы, так как Φ₁₂< Φ₁ и Φ₂₁< Φ₂.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.