Mistari ya Uhandisi wa Umeme (Mistari Muhimu Zaidi)

Electrical4u

Champu: Maelezo ya Kifupi kuhusu Umeme

China

Mistari ya Uhandisi wa Umeme

Uhandisi wa umeme ni shaka inayohusisha utafiti, ubuni na ufanisi wa vifaa vya umeme vilivyotumika kila siku.

Hunyakua masuala mengi kama mifumo ya nguvu, mashine za umeme, teknolojia ya nguvu, sayansi ya kompyuta, uprocessing wa ishara, mawasiliano, mfumo wa mikakati, ufumbuzi wa akili, na kadhalika zaidi.

Shaka hii ya uhandisi imejazwa na mistari na maoni (sheria) yanayotumiwa katika masuala mengi kama kutatua mizigo na kutengeneza vifaa tofauti ili kuboresha maisha ya binadamu.

Mistari msingi yanayotumiwa katika masuala mengi ya uhandisi wa umeme yameorodheshwa chini.

Voltage

Voltage ni tofauti ya uwezo wa umeme kwa viungo moja kati ya sehemu mbili katika ukuta wa umeme. Viungo vya voltage ni Volt (V).

(1) $\begin{equation*} Voltage (V) = \frac{Work done (W)}{Charge (Q)} \end{equation*}$

Kutokana na mstari huu, viungo vya voltage ni $\frac{joule}{coulomb}$

Current

Umoja wa mafuta (electric current) unaelezwa kama mzunguko wa vitu vilivyopewa charama (electrons na ions) kilichopanda kupitia kivuli. Inaelezwa pia kama kiwango cha mzunguko wa charama kwa wakati kupitia kivuli.

Viwango vya umoja wa mafuta ni ampere (A). Na umoja wa mafuta unatafsiriwa kwa hesabu kutumia alama 'I' au 'i'.

(2) $\begin{equation*} I = \frac{dQ}{dt} \end{equation*}$

Ukundijika

Ukundijika au ukundijika wa umeme hutoa uwezo wa kupigana na mzunguko wa mafuta katika mkurito wa umeme. Ukundijika unamalizwa kwa ohms (Ω).

Ukundijika wa chochote chenye charama kinachopita kwa mzunguko wa mafuta unapambanisha kwa urefu wa charama, na upande wa kivuli unapunguza kwa eneo la kivuli.

$R \propto \frac{l}{a}$

(3) $\begin{equation*} R = \rho \frac{l}{a} \end{equation*}$

Kutoka, $\rho$ = sababu ya uwiano (ukubwa wa upinzani au upinzani wa vifaa vinavyopinzana)

Kulingana na sheria ya Ohm;

$V \propto I$

(4) $\begin{equation*} Voltage \, V = \frac{I}{R} \, Volt \end{equation*}$

Kutoka, R = Upinzani wa mtumizi (Ω)

(5) $\begin{equation*} Current \, I = \frac{V}{R} \, Ampere \end{equation*}$

(6) $\begin{equation*} Resistance \, R = \frac{V}{I} Ohm \end{equation*}$

Nguzo la Umeme

Nguzo ni pesa ya nishati iliyotumika au kutumika na kitu cha umeme kulingana na muda.

(7) $\begin{equation*} P = \frac{dW}{dt} \end{equation*}$

Kwa Mfumo wa DC

(8) $\begin{equation*} P = VI \end{equation*}$

$\begin{equation*} P = I^2 R \end{equation*}$

Mfano wa Mfumo wa Fasi Moja

10) $\begin{equation*} P = VI cos \phi \end{equation*}$

(11) $\begin{equation*} P = I^2 R cos \phi \end{equation*}$

(12) $\begin{equation*} P = \frac{V^2}{R} cos \phi \end{equation*}$

Kwa mfumo wa thili nyingine tatu

(13) $\begin{equation*} P = \sqrt{3} V_L I_L cos \phi \end{equation*}$

(14) $\begin{equation*} P = 3 V_ph I_ph cos \phi \end{equation*}$

(15) $\begin{equation*} P = 3 I^2 R cos \phi \end{equation*}$

(16) $\begin{equation*} P = 3 \frac{V^2}{R} cos \phi \end{equation*}$

Kiwango cha Nguvu

Kiwango cha nguvu ni neno muhimu sana katika mfumo wa AC. Linahusu uwiano wa nguvu ya kazi ambayo inachukua na nguvu ya kuonekana inayotoka na kutoka katika mzunguko.

(17) $\begin{equation*} Power \, Factor Cos\phi= \frac{Active \, Power}{Apparent \, Power} \end{equation*}$

Kiwango cha nguvu kinajumuisha namba isiyokuwa na mizizi kati ya -1 hadi 1. Waktu onyo una nguvu ya kupambana, kiwango cha nguvu kinakaribu 1 na wakati onyo una nguvu ya kupata mkono, kiwango cha nguvu kinakaribu -1.

Ukubwa wa Mzunguko

Ukubwa wa mzunguko unatumika kuelezea idadi ya mzunguko kwa kila wakati moja. Inaitwa f na imetathmini kwa Hertz (Hz). Hertz moja ni sawa na mzunguko moja kwa sekunde.

Kwa umumaini, ukubwa wa mzunguko ni 50 Hz au 60 Hz.

Muda wa mzunguko unatumika kuelezea muda unaotarajiwa kutengeneza mzunguko kamili moja, inaitwa T.

Ukubwa wa mzunguko unawezekana kulinganishwa na muda wa mzunguko (T).

(18) $\begin{equation*} F \propto \frac{1}{T} \end{equation*}$

Mrefu wa Mzunguko

Mrefu wa mzunguko unatumika kuelezea umbali kati ya vipimo viwili vya mzunguko vinavyoongofuana (viwili vya mzingo au viwili vya chini).

Inatumika kama uwiano wa mwendo na ukubwa wa mzunguko kwa mazingira sinusoidal.

(19) $\begin{equation*} \lambda = \frac{v}{f} \end{equation*}$

Ukubakia nguvu ya umeme

Kondensaa hutoa nguvu ya umeme katika maeneo ya umeme wakati unapatikana mzunguko wa umeme. Matokeo ya kondensa katika mifumo ya umeme inatafsiriwa kama ukubakia nguvu ya umeme.

Mchango wa kondensa katika mifumo ya umeme unatafsiriwa kama ukubakia nguvu ya umeme.

$Q \propto V$

$Q = CV$

(20) $\begin{equation*} C = \frac{Q}{V} \end{equation*}$

Ukubakia nguvu ya umeme huwasilishwa na umbali wa viwanda viwili (d), eneo la viwanda (A), na uwezo wa dielektriki.

(21) $\begin{equation*} C = \frac{\epsilon A}{d} \end{equation*}$

Mfuko wa Umeme

Mfuko wa umeme mfuko wa umeme hupamba nishati ya umeme kwa aina ya mfumo wa mfanano wakati mchuzi wa umeme unaenda kupitia yake. Mara nyingi, mfuko wa umeme unatafsiriwa pia kama coil, reactor, au chokes.

Mtaani wa induktansi ni henry (H).

Induktansi inaelezwa kama uwiano wa mfanano wa mfanano (фB), na mchuzi unaenda kupitia mfuko wa umeme (I).

(22) $\begin{equation*} L = \frac{\phi_B}{I} \end{equation*}$

Kipengele cha Umeme

Kipengele cha umeme ni sifa fiziki ya viwango. Wakati chochote kinachowekwa katika mfumo wa mfanano wa umeme, itapata nguvu.

Kipengele cha umeme kinaweza kuwa chanya (proton) na hasi (electron), limelilimiwa kwa coulomb na linatafsiriwa kama Q.

Coulomb moja inaelezwa kama kiasi cha kipengele kilichopambwa kwa sekunde moja.

(23) $\begin{equation*} Q = IT \end{equation*}$

Chanzo la Nishati

Chanzo la nishati ni eneo au nafasi yaliyomo kwenye kitu kilichozwa na umbo ambako chochote kingine kilichozwa na umbo kitapata nguvu.

Chanzo la nishati pia linajulikana kama uwezo wa chanzo la nishati au nguvu ya chanzo la nishati, linalotambuliwa na E.

Chanzo la nishati linahusu kama uwiano wa nguvu ya umbo kwa testi ya umbo.

(24)
$\begin{equation*} E = \frac{F}{Q} \end{equation*}$

Kwa capacitor wa vibamba viwili, tofauti ya vito kati ya vibamba viwili inaonyeshwa kazi iliyofanyika kwa testi ya umbo Q ili kutembelea kutoka kwenye vibamba vyenye umbo chanya hadi vibamba vyenye umbo hasi.

$V = \frac{Work done}{charge} = \frac{Fd}{Q} = Ed$

(25) $\begin{equation*} E = \frac{V}{d} \end{equation*}$

Nguvu ya Umeme

Wakati kifaa chenye umeme kinajitokeza katika nchi ya umeme ya kifaa kingine chenye umeme, inapata nguvu kulingana na sheria ya Coulomb.

Coulomb’s Law.png

Kama inavyoonyeshwa katika picha hii, kifaa chenye umeme chanya kimepatikana katika nchi. Ikiwa vyote vya kifaa vinapatikana viwili vya umeme vya polarity sawa, vyote vya kifaa vinategana. Na ikiwa vyote vya kifaa vinapatikana viwili vya umeme vya polarity tofauti, vyote vya kifaa vinajitolea.

Kulingana na sheria ya Coulomb,

(26) $\begin{equation*} F = \frac{Q_1 Q_2}{4 \pi \epsilon_0 d^2 } \end{equation*}$

Kulingana na sheria ya Coulomb, maelezo ya ukame wa umeme ni;

$E = \frac{F}{Q} = \frac{kQq}{Qd^2}$

(27) $\begin{equation*} E = \frac{kq}{d^2} \end{equation*}$

Mvumo wa Umeme

Kulingana na sheria ya Gauss, maelezo ya mvumo wa umeme ni;

(28) $\begin{equation*} \phi = \frac{Q}{\epsilon_0} \end{equation*}$

Mkondo wa DC

EMF ya Nyuma

(29) $\begin{equation*} E_b = \frac{P \phi NZ}{60A} \end{equation*}$

Uhasibu katika Mkondo wa DC

Uhasibu wa Copper

Uhasibu wa copper huonekana kutokana na mzunguko wa umeme kwenye mifano. Uhasibu huu wa copper unawakilishwa kama I2R au uhasibu wa ohmic, na unajumuisha kuwa uhusiano unaofanana na mraba wa mzunguko wa umeme.

Uhasibu wa copper wa armature: $I_a^2 R_a$