с чего начать изучение электрики
Электротехника для начинающих
Понятно желание людей любого возраста постичь такую науку, как электротехника. Помогут в этом основы электротехники для всех начинающих. В интернете и печати публикуется масса материалов, часто под заглавием «Электротехника для чайников». Начинать нужно с усвоения положений и законов электричества.
Понятия и свойства электрического тока
Начальные курсы электрика в первых главах дают определения понятию и свойствам электрического тока, объясняют природу и свойства электроэнергии, законы электричества и их основные формулы. Основываясь на великих открытиях, зарождалась и получила грандиозное развитие такая научная дисциплина, как электротехника. Сущность электричества заключена в направленном перемещении электронов (заряженных частиц). Они переносят электрический заряд в теле металлических проводов.
Важно! Для транзита электрической энергии используют провода, жилы которых сделаны из алюминия или меди. Это самые экономичные проводные металлы. Делать жилы проводов из других материалов дорого, поэтому невыгодно.
Ток бывает постоянного и переменного направления. Постоянное движение энергии всегда осуществляется в одном направлении. Переменный энергетический поток ритмично меняет свою полярность. Скорость, с которой меняется направление движения электронов, называют частотой. Её измеряют в герцах.
Что изучает электротехника
Основа электрики формировалась в XIX веке. Те времена называют эпохой грандиозных открытий основополагающих законов, дающих все представления об электричестве. Электротехника (ЭТ) как наука начинала делать свои первые шаги. Теория стала подкрепляться практикой. Появились первые электротехнические устройства, совершенствовались коммуникационные системы доставки электроэнергии от источника потребителю.
Базой развития электротехники стали достижения в области физики, химии и математики. Новая наука изучала свойства электрического тока, природу электромагнитных излучений и другие процессы. По мере накопления знаний ЭТ становилась наукой прикладного характера.
Современная научная дисциплина изучает устройства, в которых используется электрический ток. На основании исследований создаются новые более совершенные электротехнические установки, приборы и устройства. ЭТ – одна из передовых наук, являющаяся одним из основных двигателей прогресса человеческой цивилизации.
С чего начать изучение основ электротехники
Электротехника для начинающих доступна на многих информационных носителях. Современные средства массовой информации не испытывают дефицита в учебных пособиях по основам электричества. Самоучители по электрике приобретают в сети интернет или книжных магазинах. Уроки электрика новичок может получить в виде бесплатного видеокурса об основах электричества через интернет. Онлайн видео лекции в доступной форме обучают всех желающих основам электричества.
Обратите внимание! Книга, несмотря на доступные видеоресурсы в сети, до сих пор считается самым удобным источником информации. Пользуясь самоучителем по электрике с нуля, не нужно всё время включать ПК. Учебник всегда будет под рукой.
Самоучители служат незаменимыми помощниками для того, чтобы отремонтировать электропроводку, починить выключатель, розетку, установить датчик движения и заменить предохранители в бытовых электроприборах.
Основные характеристики тока
К основным характеристикам относятся сила тока, напряжение, сопротивление и мощность. Параметры электрического тока, протекающего по проводу, характеризуются именно этими величинами.
Сила тока
Параметр означает количество заряда, проходящего по проводу, за определённое время. Силу тока измеряют в амперах.
Напряжение
Это есть не что иное, как разница потенциалов между двумя точками проводника. Величина измеряется в вольтах. Один вольт – эта разность потенциалов, при которой для переноса заряда в 1 кулон потребуется произвести работу, равную одному джоулю.
Сопротивление
Этот параметр измеряется в омах. Его величина определяет сопротивление энергопотоку. Чем больше масса и площадь поперечного сечения проводника, тем больше сопротивление. Оно также зависит от материала и длины провода. При разнице потенциалов на концах проводника в 1 Вольт и силе тока 1 Ампер сопротивление проводника равно 1 Ому.
Мощность
Физическая величина выражает скорость протекания электроэнергии в проводнике. Мощность тока определяется произведением силы тока и напряжения. Единица мощности – ватт.
Закон Ома
Постижение основ электротехники нужно начинать с закона Ома. Именно он является фундаментом всей науки об электричестве. Выдающийся немецкий физик Георг Симон Ом в 1826 году сформулировал закон, в котором определяет взаимозависимость трёх основных параметров электрического тока: силы, напряжения и сопротивления.
Энергия и мощность в электротехнике
Электрика для начинающих даёт разъяснения терминов энергии и мощности. Эти характеристики напрямую связаны с законом Ома. Энергия может перетекать из одной в другую форму. То есть она может быть ядерной, механической, тепловой и электрической.
В динамиках звуковых устройств потенциал электрического тока преобразовывается в энергию звуковых волн. В электродвигателях токовый энергопоток превращается в механическую энергию, которая заставляет вращаться ротор мотора.
Любые электрические устройства потребляют нужное количество электроэнергии в течение определённого временного промежутка. Количество потреблённой энергии в единицу времени является мощностью потребителя электричества. Более подробное толкование мощности можно найти в главах учебного пособия, посвящённых электромеханике для начинающих.
Мощность определяют по формуле:
Измеряется этот параметр в ваттах. Единица измерения мощности Ватт означает, что ток силой в один Ампер перемещается под напряжением 1 Вольт. При этом сопротивление проводника равно 1-му Ому. Такая трактовка характеристики тока наиболее понятна для начинающих постигать основы электричества.
Электротехника и электромеханика
Электрическая механика – это раздел электротехники. Эта научная дисциплина изучает принципиальные схемы оборудования, двигателей и прочих приборов, использующих электрическую энергию.
Пройдя курс электромеханики для начинающих, новички могут самостоятельно научиться ремонтировать бытовые электрические устройства и приборы. Основные законы электромеханики дают возможность понять, как устроен электродвигатель, чем отличается трансформатор от стабилизатора, что такое генератор и многое другое.
Дополнительная информация. Несомненную пользу новичкам принесут учебные пособия и видео курсы по электротехнике и электромеханике. Если есть друзья или знакомые, разбирающиеся в этом деле, то это только поможет быстро освоить азы этих дисциплин.
Безопасность и практика
Основы электротехники для начинающих делают особое ударение на правилах техники безопасности. Их несоблюдение на практике порой может стать причиной получения электротравм и повреждения имущества. Для новичков в электротехнике надо следовать четырём основным требованиям ТБ.
Четыре правила техники безопасности для новичков:
Электрика для чайников
Электроника окружает человека в виде различных устройств и приборов. Современная бытовая техника в большинстве своём управляется с помощью электронных схем. Курсы обучения основам электроники для начинающих нацелены на то, чтобы новичок мог отличать транзистор от резистора и понимать, как и для чего служит та или иная электронная схема.
Учебные пособия и видеокурсы способствуют пониманию принципов построения электронных схем. Что такое печатная плата, как создать схему своими руками – на все эти вопросы отвечают основы электроники для новичков. Усвоив азы электроники, домашний «мастер» сможет определить вышедшую из строя радиодеталь в телевизоре, аудио устройстве и другой бытовой технике и заменить её. Кроме этого, новичок приобретёт опыт работы с паяльником.
Видеокурсы, печатная продукция несут в себе массу информации по освоению основ электротехники, электромеханики и электроники. Приобрести знания в этих сферах можно, не выходя из дома. Просмотреть нужное видео, заказать учебники позволяет доступность сети интернета.
Видео
Электрика для чайников
Что такое электричество
Электрический ток – это движение заряженных частиц (электронов), которое, как и всякое движение, можно направить на выполнение полезной работы. 2 основные единицы измерения электричества:
Для простоты сравним электричество с водой, протекающей по трубам. На примере воды под напряжением можно подразумевать силу, с которой вода выталкивается из источника (насоса), а под силой тока – количество воды, проходящей за единицу времени через участок трубы определенного диаметра (сечение провода). Как и в случае с водой в электротехнике сечение провода подбирается в зависимости от силы тока – неправильно выбранный провод просто сгорит при прохождение через него тока большей силы, нежели он рассчитан. Также следует отметить, что электроток может течь лишь в замкнутой цепи и бывает постоянным и переменным. Этот момент разберем подробнее.
Постоянный ток протекает в одном направлении от положительного полюса источника (+) к отрицательному (-), переменный же изменяет направление движения с заданной частотой. Частота – это еще одна единица измерения, применимая лишь к переменному току. По сути это количество изменений направления движения тока в секунду. Измеряется частота в герцах и обозначается буквами Гц, либо латинскими Hz. Так в бытовой электросети частота тока равна 50-ти герцам, то есть ток изменяет свое направление 50 раз в секунду. О переменном токе стоит немного рассказать дополнительно. Так в бытовой однофазной электросети 2 провода – один из них фаза (именно на него подается ток от электростанции), второй провод – нулевой. По сути 0 это пустой провод, по которому ток возвращается обратно к источнику питания (как мы помним электричество способно течь лишь в замкнутой цепи), но с точки зрения безопасности. полагаться на это не стоит. Так, например в замкнутой цепи опасное напряжение присутствует на обоих проводах. Вообще осторожность – главное правило при работе даже с казалось бы, низким и безопасным напряжением. Немного разобравшись с теорией, (к которой еще вернемся) перейдем к более практическим вещам, которые пригодятся при дальнейшей работе с электричеством.
Видео – Что такое электричество
Условные обозначения
Как и в прочих сферах, в электротехнике существуют общепринятые условные обозначения, с основными из которых мы сейчас познакомимся – они пригодятся для дальнейшей работы с электрическими приборами и сетями. Ниже будут приведены условные обозначения и пояснения к ним, начиная с простейших, постепенно переходя к более сложным.
На рисунках 1 и 2 показаны внешне схожие, но принципиально разные обозначения. Впрочем, схематические изображения электро-, а зачастую и радиоэлементов, как правило, интуитивно понятны. Так нетрудно догадаться, что на рисунке 1 обозначено простое пересечение проводников, а на рисунке 2 – их соединение.
Также интуитивно понятны рисунки 3 и 4, на которых изображены выключатель (рис.3) и предохранитель плавкий (рис.4). На предохранителе стоит немного задержаться – это неприметная, но довольно нужная деталь, нередко позволяющая избежать серьезных неприятностей. Назначение предохранителя, как понятно из названия, предохранять проводку и аппарату от повреждений и возгорания. Состоит предохранитель из диэлектрической (не пропускающей электроток) трубки и проводника внутри нее. Проводник этот рассчитан на силу тока, несколько меньшую, чем выдерживает цепь, которую он призван защищать и в случаях скачка напряжения до опасной отметки, предохранитель просто плавится, размыкая тем самым цепь и защищая приборы либо провода от серьезных повреждений, или воспламенения.
Следующие обозначения будут, возможно, не столь понятными, но. думаю, многим знакомыми еще по школьному курсу физики.
Это лампа накаливания, она же обычная электрическая лампочка (рисунок 5).
Резистор (в обиходе – сопротивление, рис. 6), сюда же, пожалуй, добавим все чаще заменяющий обычные лампочки светодиод (рисунок 7), а также элемент, давший название светодиоду – полупроводниковый диод (рисунок 8). О светодиоде расскажу подробнее – свое название он получил благодаря обладанием свойствами полупроводникового диода – пропускать ток только в одну сторону – от анода к катоду (речь сейчас идет о постоянном токе). То есть при подключении к аноду положительного полюса источника питания, ток через диод проходить будет, при подключении же отрицательного полюса ток не проходит и цепь остается разомкнутой. Более подробно это свойство диода показано на рисунке 9, размещенном ниже.
Не менее важными элементами электрических схем являются разъемы питания. Здесь приведен простейший вариант – розетка (рисунок 10) и вилка (рис.11).
Теперь же, зная схематические изображения некоторых основных элементов, можно попробовать научиться читать и составлять схемы.
Учимся читать схемы
Принципиальная электрическая схема устройства – штука на самом деле не такая запутанная и непонятная как кажется с первого взгляда при условии знания условных обозначений элементов. В доказательство мы сейчас вместе разберем схему подключения электрической лампочки через выключатель и предохранитель (рис.12).
Как видно из рисунка, лампочка просто включается в розетку, на одном из проводов (обычно это фаза) установлен выключатель, предохранитель (по правде в этой схеме он не нужен, но все же…) оберегает лампочку и проводку от сгорания в результате скачков напряжения либо короткого замыкания (что тоже, по сути, является скачком напряжения, ибо сила тока при резком падении сопротивления до нуля возрастает в разы – вспомним закон Ома). Немного ознакомившись со схемами и теорией (хотя бы с ее основами), хотелось бы поскорее приступить к практическим работам. Сделать, например, для жены подсветку зеркала в ванной, но, прежде чем приступить к подобной работе, еще немного поговорим об основах – их знание (даже не просто знание, это должно быть в крови и выполняться автоматически) может сохранить нервы, здоровье, а возможно и жизнь.
Что нужно знать начинающему электрику
Первое, что необходимо усвоить при работе с электричеством – технику безопасности, ведь электричество способно не только выполнять полезную работу, но и таит в себе серьезную опасность. Дело в том, что мышцы человека (и не только человека) имеют свойство непроизвольно сокращаться под воздействием электрического тока (вспомните, как судорожно отдергивается рука при ударе током). Точно так же сокращаются и остальные мышцы, включая сердечную и дыхательные, поэтому продолжительное воздействие тока высокого напряжения смертельно опасно. Также следует знать, что по той же причине – сокращение мышц под действием электричества, подозрительных проводов и металлических поверхностей следует касаться только тыльной стороной ладони, поскольку в противном случае, пальцы судорожно сожмут провод. загнав незадачливого испытателя в смертельную ловушку. Помимо поражения электротоком насмерть, существует также риск серьезных ожогов, вызванных электричеством, а также возможно возгорание электропроводки в результате неграмотного ее монтажа. Думаю выше перечислено достаточно причин относиться к технике безопасности, теории и основам электротехники в целом, более серьезно.
Видео – Первое, что должен усвоить начинающий электрик
Основы электротехники для начинающего электрика
В этой главе продолжим изучение электротока, рассмотрим способы его изменения, узнаем больше о постоянном и переменном токе, а также рассмотрим несколько новых условных обозначений элементов. Как уже было сказано выше, бытовая электросеть подключена к источнику переменного тока с частотой колебаний в 50 герц. Эта частота вполне подходит для питания некоторых электроприборов – таких как лампочки, электронагревательные приборы, а также двигатели переменного тока, но подавляющему большинству электропотребителей ток требуется постоянный, причем значительно меньшего напряжения, чем подается в электросеть. Как же решается эта проблема? Сейчас мы рассмотрим этот вопрос в той последовательности, в какой это происходит в самих приборах, где напряжение сначала понижается до нужного и лишь потом преобразуется в постоянное.
Трансформаторы – устройство и принцип работы
Способов понижения напряжения существует несколько, но здесь мы рассмотрим самый простой – понижающий трансформатор (схематическое изображение показано на рисунке 13).
На рис.14 показан самый простой китайский трансформатор, похоже, от магнитофона, но на нем хорошо видно, что однофазный понижающий трансформатор содержит 2 обмотки, внутри которых помещен металлический сердечник. Обмотки называются первичной и вторичной. Первичная содержит большее число витков и включается непосредственно в электросеть вторичная же витков содержит меньше и с нее снимается пониженное напряжение.
Давайте рассмотрим как это работает. Переменный ток (а трансформаторы, дроссели и катушки индуктивности допускается запитывать только переменным током – от постоянного они перегорают), проходя через первичную обмотку, генерирует электромагнитное поле той же частоты, что и подаваемое напряжение. Благодаря металлическому сердечнику, во вторичной обмотке возникает ЭДС (электродвижущая сила) и генерируется выходное напряжение. Рассчитать это напряжение можно зная примерное соотношение количества витков в обмотках. Так, если первичная обмотка содержит 1000 витков и питается от электросети напряжением 220 В, а вторичная – 100 витков, то выходное напряжение трансформатора будет около 22-х В. Эта же зависимость справедлива и в обратную сторону, то есть, если число во вторичной больше, нежели в первичной, то трансформатор будет повышающим. Теперь, зная, как понизить напряжение до необходимого значения, разберем, как преобразовать его в постоянное, ведь. как уже было сказано, большинство приборов запитывается именно постоянным током.
Диод и его выпрямляющие свойства
Для того, чтобы легче понять принцип выпрямления тока диодами, вернемся к разговору о переменном токе. Как разъяснялось ранее, сетевой переменный ток меняет свое направление 50 раз в секунду. Это пояснение дает довольно точное представление о сути переменного тока, но не позволяет понять его структуры. Получить более детальное представление о нем поможет график на рис. 15, где волны изображенные выше нуля по шкале Y являются положительным полупериодом, а те, что располагаются ниже 0 – отрицательным.
Благодаря этому графику, мы понимаем, что фазовый провод становится то положительным, то отрицательным проводником. Видя такое свойство переменного тока, давайте вспомним о полупроводниковом диоде, который, как известно пропускает ток только в одном направлении. Сопоставив два этих знания, мы понимаем. что уже находимся на полпути к решению. И в самом деле, пропуская переменный ток через диод, на выходе мы получаем только положительный полупериод. То есть включив в цепь два диода в разном направлении, на выходе другого мы получим отрицательную полуволну, а это уже почти источник постоянного тока. Но такой ток будет пульсирующим, что непригодно для питания аппаратуры (работать-то она какое-то время будет, но очень скоро придет в негодность). Как быть? А вот тут на выручат еще 2 диода (рис. 16), добавленные в помощь двум первым. Такая схема называется диодным мостом.
Правда и таким образом выпрямленный ток все равно не будет считаться окончательно выпрямленным, его амплитуда будет такой, как показано на рисунке 17.
Плохо? Нормально! Выход есть и о нем мы сейчас поговорим.
Конденсатор и его свойства
Чтобы сгладить пульсацию тока, выпрямленного диодным мостом, нам потребуется конденсатор (схематическое изображение на рисунке 18).
Одним из его свойств является пропускать переменный ток и задерживать постоянный, чем мы и воспользуемся. Благодаря этому свойству конденсатора остаточная пульсация, проходя через него, будет просто «уходить в землю». На рисунке 19 мы видим, как всего лишь один конденсатор сгладил напряжение практически до полностью постоянного.
Как теперь будет выглядеть схема нашего источника постоянного тока показано на рисунке 20.
Что еще нужно знать о конденсаторе? Основным его свойством является обладание электрической емкостью, то есть способностью накапливать электрический ток (да, почти как аккумулятор, только в отличии от него, конденсатор как заряжается, так и отдает весь заряд практически мгновенно). Емкость эта измеряется в фарадах (обозначается буквой Ф, либо латинской F). Правда с такой большой емкостью столкнуться, скорее всего, никогда не придется, чаще всего приходится иметь дело с микрофарадами (1/1000000 доля фарада, обозначается буквами mkF), нанофарадами (1/1000 микрофарада, обозначается nF) и пикофарадами (1/1000 нанофарада, pF).
Также конденсаторы делятся на сухие и электролитические, последние имеют полярность, на рисунке 18 изображен как раз такой. Сухие на схемах обозначаются также, только без знака “+”. Теперь когда мы знаем кое-что о катушках и многое о конденсаторах, стоит узнать и запомнить одну истину, знать которую нужно каждому электрику.
Примечание! Чем выше частота тока тем выше индуктивное сопротивление и ниже емкостное.
В переводе на нормальный русский язык это значит, что в цепи переменного тока катушка обладает высоким сопротивлением, а конденсатор низким, а при постоянном токе – наоборот. Вот почему выше писалось, что в цепь постоянного тока катушки включать нельзя – при отсутствии сопротивления сила тока возрастает во много раз и катушка попросту сгорает.
Инструмент электрика
Для начала перечисленного инструмента вполне достаточно, но со временем его количество будет увеличиваться. Также в будущем понадобится электроинструмент – перфоратор, болгарка, шуруповерт. Все это будет приобретаться с течением времени и количество инструментов будет постоянно расти. К инструментам же можно добавить расходные материалы. К ним относятся изолента, термоусадки, колпачки. соединительные зажимы и клеммные колодки. Горстка всего этого добра всегда должна быть под рукой.
Цены на наборы электромонтажного инструмента
Немного практики – ремонтируем старый удлинитель
Если дома завалялся старый неработающий удлинитель, выкидывать его не стоит. То есть просто не стоило раньше, а теперь после прочтения этого материала уже и поздно. Надо ведь теперь применить полученные знания, отдохнуть от скучной теории, да и просто руки размять. В первую очередь разбирается корпус вилки и самого удлинителя и проверяются контакты. Они могут отгореть, окислиться, может быть переломлен провод на сгибе. Если обнаружилась одна из этих причин, провод аккуратно обрезается ножом, зачищается и прикручивается на место, после чего все собираем как было и проверяем. Заработало? Поздравляю с первым, пусть простым, но все-таки ремонтом электротехники! Нет? Тогда где-то поврежден провод. Иногда встречаюсь с рекомендациями вроде “осмотри провод, посади на скрутку и замотай изолентой”. Можно, конечно сделать и так, но… Начнем с того, что удлинитель сразу теряет первоначальный внешний вид. Потом надежность контакта. Да, скрутку нередко используют в электрике, но в основно в тех местах, где провода неподвижны (например в распределительных коробках). Но провод на наличие повреждений осмотреть все же стоит – если оно находится недалеко от вилки или блока розеток, то его можно просто обрезать, зачистить концы и прикрутить на свое место. Если же повреждение где-то ближе к средине провода, то намного разумнее заменить его новым, желаемой длины и сечения. В итоге удлинитель будет отремонтирован в любом случае, но при замене провода станет более удобным, так как длина и сечение подбирались исходя из потребностей.
Видео – Как починить удлинитель в домашних условиях
Что еще нужно знать электрику – рекомендации, советы, правила
Здесь мы узнаем некоторые правила, которые облегчат дальнейшую работу. Какие-то из них ближе к советам и хитростям, но некоторые знать и выполнять обязательно.
В первую очередь мы вспомним закон Ома, который поможет нам рассчитать силу тока и подобрать подходящее сечение провода. Формулировка закона выглядит так: “сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению”, что в переводе на русский звучит как ” чем выше напряжение, тем выше ток, но при увеличении сопротивления ток понижается” и выражается формулой I=U/R, где I – сила тока, U – напряжение и R – сопротивление. Знание этой формулы облегчит нам выбор подходящего сечения провода.
Еще из полезного – немного о проводах. В последнее время в провода однофазной сети часто добавляют третий, заземляющий, провод. Так вот, земля всегда желтого цвета с зеленой полоской. Ее сложно отлить от нуля при помощи индикатора или тестера, но очень легко это сделать по цветовой маркировки. Добавлю к сказанному, что нуль принято подключать на провод синего цвета.
А это правило следует запомнить и всегда выполнять. Нередко провода соединяют методом скрутки, это принятая практика и, в принципе, вполне допустимо. Но есть один нюанс – скручивать между собой допустимо лишь провода из однородных металлов (к примеру медь с медью). При скручивании меди с алюминием, в месте скрутки со временем появляется оксидная пленка, что ведет к повышению сопротивления и возможному возгоранию.
Магнитные свойства электрического тока были отрыты случайно в 1820 г. датским физиком Гансом Христианом Эрстедом (не путать с Андерсеном). В результате одного из опытов он заметил, что проводник, по котором протекает, отклоняет магнитную стрелку. Узнав об этом открытии, Франсуа Араго, делает о нем устное заявление на заседании Французской Академии. В результате опытов, члены Академии выводят законы электромагнетизма, которые в дальнейшем будут взяты за основу при создании современных электромагнитных приборов (электродвигатели, трансформаторы, генераторы. Даже радиоволны по своей сути – это электромагнитное излучение сверхвысокой частоты).
Вот мы и разобрались немного с основами электротехники (скажу более – некоторые места были посвящены даже радиотехнике), которая на поверку оказалась вовсе не такой непонятной и запутанной. Теперь получив необходимый багаж знаний, можно продолжать двигаться в этом направлении дальше. Тут главное – побольше уверенности! А мы в свою очередь будем постоянно выкладывать все новые и новые советы и интересную информацию по теме.