გამოწერაგამოწერა
პროგრამირებაში ყოველდღიურად ვიყენებთ კომპიუტერებს, სერვერებს, მიკროკონტროლერებსა და სხვადასხვა ელექტრონულ მოწყობილობას. ამიტომ, ჩემი აზრით, პროგრამისტისთვისაც საინტერესო და სასარგებლოა იმის ცოდნა, თუ როგორ მუშაობს ელექტროენერგია და რა ხდება იმ მოწყობილობებში, რომლებსაც ყოველდღიურად ვიყენებთ.
ელექტრობა ბავშვობიდან მაინტერესებდა. ყოველთვის მინდოდა გამეგო, როგორ გადადის ენერგია კაბელში, რატომ ინთება ნათურა, რატომ თბება ზოგიერთი კაბელი და რატომ ითიშება ავტომატი, როდესაც ძალიან ბევრი მოწყობილობა გვაქვს ჩართული.
ამ სტატიით შევეცდები, ჩემი ცოდნა მარტივი ენით გაგიზიაროთ. არ შევეცდები ელექტრობის რთულად ახსნას — პირიქით, გამოვიყენებთ მარტივ მაგალითებს, რომლებიც ამ თემის გაგებაში დაგვეხმარება.
ამ სტატიაში გაიგებთ:
ელექტრობის გასაგებად ერთ-ერთი ყველაზე მარტივი გზაა წყლის მილში მოძრაობასთან შედარება.
წარმოიდგინეთ წყლის მილი.
მილში წყალი მოძრაობს, რადგან არსებობს წნევა. რაც უფრო მაღალია წნევა, მით უფრო დიდი ძალით ცდილობს წყალი მილში მოძრაობას.
ელექტრულ სისტემაშიც შეგვიძლია მსგავსი წარმოდგენა შევიქმნათ:
| ელექტრობა | წყლის ანალოგია |
|---|---|
| Voltage (V) | წყლის წნევა |
| Current (A) | მილში გამავალი წყლის რაოდენობა |
| Resistance (Ω) | მილის წინააღმდეგობა/შევიწროება |
| Watt (W) | რამდენ სამუშაოს ასრულებს წყლის ნაკადი |
ეს ზუსტი ფიზიკური იდენტურობა არ არის, მაგრამ დამწყებისთვის ძალიან კარგი მოდელია.
ვოლტი (V) არის ელექტრული ძაბვის ერთეული.
მარტივად რომ ვთქვათ, ძაბვა გვიჩვენებს, რამდენად დიდი „ბიძგი“ არსებობს ელექტრული მუხტების მოძრაობისთვის.
წყლის მაგალითში შეგვიძლია ვიფიქროთ, რომ ვოლტი არის წყლის წნევა.
მაგალითად, თუ ერთ მილში წყლის წნევა 2 ბარია, ხოლო მეორეში 5 ბარი, მეორე სისტემაში წყალს უფრო დიდი წნევა უბიძგებს.
ელექტრულ სისტემაშიც:
მაგრამ მხოლოდ დიდი ვოლტი არ ნიშნავს ავტომატურად დიდ სიმძლავრეს. ამისთვის საჭიროა დენის ძალაც გავითვალისწინოთ.
ამპერი (A) არის ელექტრული დენის ძალის ერთეული.
თუ ვოლტს წყლის წნევას შევადარებთ, ამპერი შეგვიძლია შევადაროთ მილში გამავალი წყლის ნაკადის რაოდენობას.
მაგალითად:
თუ ძალიან ვიწრო მილში წყალი ცოტაოდენი მიედინება, ნაკადი მცირეა.
თუ დიდი მილის საშუალებით დიდი რაოდენობით წყალი მიედინება, ნაკადი უფრო დიდია.
ელექტრულ სისტემაში იგივე პრინციპით შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ დენის ძალა.
მაგალითად, მოწყობილობა შეიძლება მოიხმარდეს:
რაც უფრო დიდია დენის ძალა, მით უფრო დიდი დატვირთვა შეიძლება მოდიოდეს კაბელზე და სხვა კომპონენტებზე.
Resistance, ანუ ელექტრული წინაღობა, იზომება Ohm (Ω)-ში.
წინაღობა ეწინააღმდეგება ელექტრული დენის გავლას.
წყლის მილში ამის წარმოდგენა მარტივია.
წარმოიდგინეთ ორი მილი:
დიდი მილი:
████████████
ვიწრო მილი:
██
თუ ორივე მილში ერთნაირი წნევაა, ვიწრო მილში წყლის მოძრაობა უფრო შეზღუდული იქნება.
ელექტრულ წრედშიც წინაღობა ზღუდავს დენის გავლას.
რაც უფრო დიდია წინაღობა, მით ნაკლები დენი გაივლის ერთსა და იმავე ძაბვაზე.
ახლა მივედით ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან ფორმულამდე — ომის კანონამდე.
ომის კანონის ძირითადი ფორმულაა:
V = I × R
სადაც:
ამ ფორმულიდან შეგვიძლია მივიღოთ სხვა ფორმულებიც.
I = V / R
მაგალითად, თუ გვაქვს:
V = 12 V
და
R = 6 Ω
მაშინ:
I = 12 / 6 = 2 A
ანუ წრედში გაივლის 2 ამპერი დენი.
თუ გვინდა წინაღობის გამოთვლა:
R = V / I
მაგალითად:
V = 12 V
I = 3 A
მაშინ:
R = 12 / 3 = 4 Ω
ახლა ერთ-ერთ ყველაზე მნიშვნელოვან საკითხს მივადექით.
Watt (W) არის სიმძლავრის ერთეული.
თუ ვოლტი გვიჩვენებს ელექტრული „ბიძგის“ დონეს, ხოლო ამპერი გვიჩვენებს დენის რაოდენობას, ვატი გვიჩვენებს რამდენი ელექტრული სიმძლავრე გამოიყენება ან გადაეცემა.
ძირითადი ფორმულაა:
P = V × I
სადაც:
მაგალითად:
თუ მოწყობილობას მიეწოდება 230 V და ის მოიხმარს 2 A-ს:
P = 230 × 2 = 460 W
ანუ მოწყობილობის სიმძლავრე დაახლოებით 460 ვატია.
საყოფაცხოვრებო ტექნიკის ყიდვისას ხშირად ვხედავთ წარწერებს:
ეს რიცხვი გვეუბნება, რამდენი ელექტრული სიმძლავრე სჭირდება მოწყობილობას მუშაობისას.
მაგალითად, თუ გვაქვს 2000 W-იანი გამათბობელი და 200 W-იანი ტელევიზორი:
2000 + 200 = 2200 W
ანუ ორივე ერთად დაახლოებით 2200 W სიმძლავრეს მოითხოვს.
1 kW = 1000 W
მაგალითად:
ამიტომ, როდესაც ვამბობთ, რომ ელექტრო გამათბობელი არის 2 kW, ეს ნიშნავს:
2 kW = 2000 W
საყოფაცხოვრებო ელექტროენერგიის მოხმარების განხილვისას kW ძალიან ხშირად გვხვდება.
მაგალითად, თუ 2 kW სიმძლავრის გამათბობელი ერთი საათის განმავლობაში სრული სიმძლავრით მუშაობს, ის დაახლოებით 2 kWh ენერგიას მოიხმარს.
აქ მნიშვნელოვანია განსხვავება:
kW არის სიმძლავრე.
kWh არის ენერგიის რაოდენობა.
ყველაზე მნიშვნელოვანი ფორმულა შეგვიძლია ასე დავწეროთ:
W = V × A
ანუ:
ვატი = ვოლტი × ამპერი
მაგალითად:
230 V × 10 A = 2300 W
ანუ 230 ვოლტზე 10 ამპერის დენი თეორიულად შეესაბამება 2300 ვატს.
რეალურ AC საყოფაცხოვრებო მოწყობილობებში სიმძლავრის გამოთვლა შეიძლება უფრო რთული იყოს, რადგან არსებობს სიმძლავრის კოეფიციენტიც (power factor), მაგრამ მარტივი მაგალითებისთვის ეს ფორმულა ძალიან კარგია.
დავუბრუნდეთ მილს.
წარმოიდგინეთ, რომ გვაქვს წყლის მილი:
წნევა → წყლის ნაკადი → შესრულებული სამუშაო
ელექტრულ სისტემაში შეგვიძლია დაახლოებით ასე წარმოვიდგინოთ:
Voltage → Current → Power
ანუ:
Volt → Ampere → Watt
მაგალითად, გვაქვს 230 V ძაბვა და მოწყობილობა მოიხმარს 5 A-ს.
მაშინ:
230 × 5 = 1150 W
ანუ მოწყობილობა დაახლოებით 1150 W სიმძლავრეს მოიხმარს.
ელექტრულ სისტემებში ძალიან მნიშვნელოვანია კაბელის კვეთი, რომელიც ჩვეულებრივ გამოიხატება mm²-ით.
მაგალითად:
ზოგადად, უფრო დიდი კვეთის კაბელს შეუძლია უფრო დიდი დენის გატარება, თუმცა დასაშვები დენი დამოკიდებულია ბევრ ფაქტორზე: კაბელის მასალაზე, იზოლაციაზე, მონტაჟის მეთოდზე, გარემოს ტემპერატურაზე, კაბელის სიგრძეზე და სხვა პირობებზე.
საყოფაცხოვრებო ინსტალაციაში ხშირად გვხვდება, მაგალითად:
1.5 mm² — განათების წრეებისთვის.
2.5 mm² — სხვადასხვა როზეტების წრეებისთვის.
4 mm² და 6 mm² — უფრო მაღალი დატვირთვის მქონე სპეციალური წრეებისთვის.
ეს არ ნიშნავს, რომ უბრალოდ „2.5 mm² ყოველთვის 16 A-სთვისაა“ ან „6 mm² ყოველთვის კონკრეტული ამპერაჟისთვისაა“. საბოლოო არჩევანი უნდა გაკეთდეს ელექტრული პროექტის, მონტაჟის პირობებისა და შესაბამისი სტანდარტების მიხედვით.
აქ ისევ შეგვიძლია წყლის მილის მაგალითი გამოვიყენოთ.
თუ ძალიან დიდი რაოდენობით წყალს ვცდილობთ გავატაროთ ძალიან პატარა მილში, სისტემა შეზღუდვას ქმნის.
ელექტრულ სისტემაში ზედმეტმა დენმა შეიძლება გამოიწვიოს კაბელის გადახურება.
ამიტომ ელექტრო ინსტალაციაში მხოლოდ მოწყობილობის სიმძლავრის ცოდნა არ არის საკმარისი.
უნდა ვიცოდეთ:
სახლში ალბათ შეგხვედრიათ ავტომატური ამომრთველები, რომლებზეც წერია:
მაგალითად, C16 ნიშნავს ავტომატურ ამომრთველს, რომლის ნომინალური დენია 16 A, ხოლო Cმიუთითებს მისი მყისიერი გამორთვის მახასიათებელზე — C ტიპის მრუდზე.
C25 შესაბამისად არის 25 A ნომინალური დენით.
მაგრამ მნიშვნელოვანი რამ უნდა გვახსოვდეს:
C16 არ ნიშნავს, რომ მასთან ნებისმიერი კაბელი შეიძლება მივაერთოთ.
ავტომატი უნდა შეირჩეს კაბელის, დატვირთვის, მონტაჟის პირობებისა და წრედის დანიშნულების მიხედვით.
ავტომატური ამომრთველის ერთ-ერთი მთავარი დანიშნულებაა ელექტრული წრედის დაცვა ზედმეტი დენისგან.
მაგალითად, თუ წრედში ნორმალურზე ბევრად მეტი დენი გავიდა, ავტომატმა შეიძლება გათიშოს წრე.
ამის მიზეზი შეიძლება იყოს:
ეს ხელს უწყობს კაბელებისა და ელექტრული სისტემის დაცვას.
ძალიან მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ავტომატი არ არის უბრალოდ მოწყობილობა, რომელიც „იმდენ ამპერს გვაძლევს, რამდენიც გვინდა“.
ის პირველ რიგში დამცავი მოწყობილობაა.
წარმოიდგინეთ, რომ გვაქვს 230 V ქსელი და C16 ავტომატი.
თეორიული მარტივი გამოთვლით:
230 × 16 = 3680 W
ანუ 16 A დაახლოებით 3680 W-ს შეესაბამება 230 V-ზე.
მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ ნებისმიერ 16 A-იან წრეზე მუდმივად 3680 W დატვირთვის შეერთება ავტომატურად უსაფრთხოა.
რეალურ სისტემაში საჭიროა კაბელის კვეთის, მონტაჟის პირობების, დატვირთვის ტიპისა და სხვა ფაქტორების გათვალისწინება.
მოდით, რამდენიმე ჩვეულებრივი მოწყობილობა წარმოვიდგინოთ.
ვთქვათ, ნათურაა:
10 W
ის ძალიან მცირე სიმძლავრეს მოიხმარს.
ვთქვათ:
100 W
ვთქვათ:
500 W
ვთქვათ:
2000 W = 2 kW
თუ ერთდროულად ჩავრთავთ 2000 W-იან გამათბობელს და 500 W-იან მოწყობილობას:
2000 + 500 = 2500 W
230 V ქსელზე მარტივი გამოთვლით:
2500 / 230 ≈ 10.9 A
ანუ წრედში დაახლოებით 11 A დენი იქნება საჭირო.
ერთ-ერთი ყველაზე საშიში ელექტრული შემთხვევაა მოკლე ჩართვა.
მარტივად რომ ვთქვათ, როდესაც ელექტრულ წრედში იქმნება ძალიან დაბალი წინაღობის გზა, დენმა შეიძლება ძალიან სწრაფად მოიმატოს.
ომის კანონის მიხედვით:
I = V / R
თუ R ძალიან მცირე ხდება, I ძალიან დიდი შეიძლება გახდეს.
მაგალითად:
თუ გვაქვს 230 V და წინაღობა პირობითად 1 Ω:
I = 230 / 1 = 230 A
ეს უკვე ძალიან დიდი დენია ჩვეულებრივი საყოფაცხოვრებო წრედისთვის.
სწორედ ამიტომ არის მნიშვნელოვანი დამცავი ავტომატები და სწორად დაგეგმილი ელექტროინსტალაცია.
ელექტროენერგიასთან მუშაობისას უსაფრთხოება ყველაზე მნიშვნელოვანია.
დამწყებისთვის რამდენიმე ძირითადი წესი:
განსაკუთრებით საყოფაცხოვრებო 230 V ქსელთან მუშაობა არ არის კარგი ადგილი ექსპერიმენტებისთვის.
სტატიის ბოლოს მოდი ყველა ძირითადი ფორმულა ერთად შევკრიბოთ.
V = I × R
I = V / R
R = V / I
P = V × I
I = P / V
1000 W = 1 kW
ელექტრობა თავიდან შეიძლება რთულ თემად ჩანდეს, მაგრამ ძირითადი პრინციპების გაგების შემდეგ ყველაფერი ბევრად მარტივი ხდება.
თუ დავიმახსოვრებთ რამდენიმე მთავარ იდეას:
Volt (V) — ძაბვა, ანუ ელექტრული „ბიძგი“.
Ampere (A) — დენის ძალა, ანუ რამდენი დენი გადის წრედში.
Ohm (Ω) — წინაღობა, ანუ რამდენად ეწინააღმდეგება წრედი დენის მოძრაობას.
Watt (W) — სიმძლავრე, ანუ რამდენი ელექტრული სიმძლავრე გამოიყენება.
Kilowatt (kW) — 1000 ვატი.
და ყველაზე მნიშვნელოვანი ურთიერთობები:
V = I × R
P = V × I
ამ რამდენიმე ფორმულის ცოდნით უკვე შეგვიძლია ბევრი ყოველდღიური ელექტრული საკითხის გაანალიზება — მაგალითად, რატომ თბება კაბელი, რამდენ დენს მოიხმარს მოწყობილობა, რამდენი ვატია კონკრეტული დატვირთვა და რატომ შეიძლება გათიშოს ავტომატურმა ამომრთველმა ელექტრული წრე.
ეს მხოლოდ ელექტრობის საფუძვლებია. შემდეგ ეტაპზე უკვე შეგვიძლია უფრო საინტერესო თემებზე გადასვლა — მაგალითად, AC და DC დენი, ფაზა და ნული, დამიწება, მოკლე ჩართვა, დიფერენციალური ავტომატი, ელექტროენერგიის მოხმარება და როგორ წავიკითხოთ ელექტრო სქემები.
