Jak to jest z tym poborem energii?

[g0raj]

Cześć. Próbuję zrozumieć zjawisko pobierania energii przez układ.

Z jednej strony jestem w stanie policzyć prąd płynący w układzie. Przykładowo bateria 9V, dioda + szeregowo rezystor 1k. Wychodzi około 9mA (dla uproszczenia pomijam zakresy wynikające z tolerancji). Do tego pojemność baterii podaje się w mAh. Czyli można stwierdzić, że bateria o pojemności 900mAh będzie w stanie zasilać taki układ przez około 100h? Mam tu kilka wątpliwości:

1. Jeśli chodzi o prąd (tu 9mA) to rozumiem, że taki po prostu płynie przez układ. Ale nie bardzo rozumiem, w którym momencie jest "zużywany"..
2. Po lekturze artykułu o mocy, bardziej przemawia do mnie fakt, że np rezystor i dioda zamieniają część energii elektryczna na świetlną i cieplną. I takie właśnie zużycie do mnie bardziej przemawia. Bo chyba nie "całe 10mA" jest na nią zużywane w ciągu godziny..?
3. I czy takie samo byłoby zużycie (i czas zasilania), gdyby bateria o tej samej pojemności miała 90V a rezystor użyty był 10k? Przez układ prąd niby płynie ten sam, no ale nie wiem..
4. I finalnie - czemu jak płacę rachunki za prąd, to kasują mnie właśnie za kWh a nie za Ah? xD

Coś mi chyba umyka.. 🙂

[Cydek]

Pytanie z początku postu:

Pomijając wszystkie straty "po drodze" to oczywiście, że bateria o pojemność 900 mAh (mili ampero godzin) będzie mogła zasilić układ pobierający 9mA przez 100h, bo 900mAh/9mA [mA x h / mA (mA się skróci) ] = 100h.

1. Prąd właśnie jest zużywany na rezystorze i jest przemieniany w energię cieplną. Sytuacja była dokładnie opisana w którymś kursie. Dioda LED "jest zachłannym elementem" i chciałaby jak najwięcej tego prądu pobrać. Dlatego dajemy rezystor który weźmie na siebie ten prąd który dioda "ciągnie" z baterii  i przemienia go w energię cieplną.

2. Zużywa się mAh. mA to jednostka prądu, który płynie przez układ lub element w czasie. mAh to natomiast iloczyn prądu płynącego przez układ i czasu, przez który ten układ "działał" w godzinach.

3. Jeżeli takie baterie się w ogóle produkuje 😉 to tak. Jeżeli przez układ płynie taki sam prąd w takim samym czasie to zużycie PRĄDU jest takie same.

4. Zauważ, że wzór na moc prądu elektrycznego wygląda następująco : P= U I, gdzie P to moc, U to napięcie, a I to natężenie prądu elektrycznego. (sprawa z liczeniem kWh wygląda tak samo jak z mAh, czyli moc pobierana razy czas). Generatory w elektrowniach zamieniają moc mechaniczną w elektryczną. Ta moc mechaniczna nie bierze się znikąd, więc tak jakby płacisz za tę moc. (tak mi się wydaje, bardziej doświadczeni koledzy mogą mnie sprostować i ewentualnie wyjaśnić sprawę)

Edytowano Luty 23, 2021 przez Cydek

[marek1707]

Tak, generalnie po to podaje się pojemność baterii w Ah i podwielokrotnościach (mili) by móc tego typu źródła porównywać między sobą a także by móc szybko szacować jak długo będzie dana bateria pracować z danym obciążeniem. To wszystko są przybliżenia, bo ani pojemność baterii nie jest stała, ani napięcie ani w takim razie prąd. Nawet jeśli znalazłeś gdzieś dane, że Twoja bateria ma 1Ah, to zostało to zmierzone przez producenta w pewnych konkretnych warunkach, np. temperatura, prąd i sposób obciążania (ciągły czy z przerwami itp). Możesz z dużym prawdopodobieństwem założyć, że jeśli powtórzysz te warunki (albo daleko od nich nie odbiegniesz) to rzeczywiście dostaniesz podobną pojemność a więc i czas pracy/rozładowania. Jeśli będziesz mierzył w zupełnie innym środowisku, to wynik będzie zupełnie inny. Przykładowa bateria 1Ah będzie się rozładowywać do zera przez 10h prądem 100mA, ale to wcale nie oznacza, że po obciążeniu jej prądem 1A będzie pracować godzinę a przy 10A dostaniesz 1/10 godziny (6 minut). W drugą stronę to samo: obciążenie prądem 10uA nie zapewnia, że bateria wytrzyma 100000h (ponad 11 lat).

1. Prąd nie jest "zużywany". Prąd płynie sobie zawsze w zamkniętych oczkach i jest jedynie nośnikiem energii. Wyobraź sobie basen z którego pompa pobiera wodę i do którego ta woda jest z powrotem wlewana. Woda w takim układzie nie zużywa się.
2. Proponuję wrócić do podręcznika fizyki, rozdział "Praca, moc, energia", bo wyraźnie masz problemy ze zrozumieniem i odróżnieniem tych pojęć. Dzisiaj na pewno znajdziesz wiele filmów i wykładów tłumaczących to zgadnienie. Nie ma sensu powtarzać tu tego samego.
3. Moc jest iloczynem prądu i napięcia. Jeśli na jakimś rezystorze jest 9V i płynie przez niego 9mA, to wydzielasz w nim 81mW w postaci ciepła. Jeśli natomiast na innym jest 90V i także płynie 9mA, to masz już 810mW mocy. Patrz punkt 2.
4. Bo Ah nie mają odniesienia do napięcia a więc i mocy. To wielkość charakteryzująca jedynie ilość przepływającego ładunku, tak jak Coulomby [C=A*s], tylko sporo większa i bardziej "łopatologiczna". Możesz ją zmierzyć mając miliamperomierz i zegarek,, ale przeciez to nie wystarczy by wiedzieć ile mocy wydziela się w obciążeniu (np. rezystorze) czyli ile energii przepływa w jednostce czasu. Popatrz, masz dwie baterie, obie o pojemności 1Ah. Jedna ma 9V a druga 1.5V. Obie obciążasz opornikami tak, by płynął ten sam prąd 100mA więc obie będą pracowały tak samo długo, Miliamperomierz włączony w szereg będzie pokazywał 100mA a gdy zegarek pokaże 10h baterie będą rozłądowane a Ty uznasz, że miały pojemnośc 0.1A*10h=1Ah. Różnica jest taka, że w rezystorze pierwszej baterii zamieniałeś na ciepło 9V*0.1A=0.9W a w drugiej 1.5V*0.1A=0.15W. Gdybyś używał tego do ogrzewania np. terrarium i płacił za Ah baterii, to chyba jest jasne, że wybrałbyś tę pierwszą, prawda? Dlatego Ah mogą służyć do porównywania baterii jedynie o tym samym napięciu. Do porównywania różnych źródeł chemicznych, służą Wh, bo te uwzględniają całość energii zgromadzonej w baterii. Ta 9V/1Ah ma w sobie 9Wh a ta druga 1.5V/1Ah ma tylko 1.5Wh. A ponieważ ilość zgormadzonej energii bierze się z ilości substancji chemicznych wewnątrz puszki, to pierwsza bateria będzie w przybliżeniu 6 razy większa. Oczywiście są różnice w rodzajach chemii i gestości energii też są różne, ale generalnie pierwszą rzeczą na którą zwracasz uwagę przy szacownaiu pojemności energetycznej baterii (liczonej w Wh) nie są ani napięcie, ani prąd tylko objętość. W przypadku sieci 230VAC w zasadzie możnaby przyjąć Ah, bo teoretycznie napięcie jest określone (więc można porównywać odbiorców między sobą po samym prądzie i mnożyć go przez czas), ale w praktyce okazuje się że 230V to tylko taka wartość docelowa. Rzeczywistość jest inna: na pewno ktoś mieszkający z dala od transformatora i pobierający 10A przy napięciu 210V (czyli korzystający z mocy 2.1kW) nie chciałby płacić tyle samo co ten bliżej, pobierający także 10A, ale przy 240V (czyli grzejący pokój mocą 2.4kW), prawda? Bo miernik "Ah" pokazałby na koniec miesiąca to samo, a miernik "Wh" (czyli uwzględniający także napięcie), już nie.

EDIT: @Cydek Pisaliśmy w tym samym czasie, ciekawe czy to samo 🙂 

Edytowano Luty 23, 2021 przez marek1707

[Cydek]

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

EDIT: @Cydek Pisaliśmy w tym samym czasie, ciekawe czy to samo

Zawsze jestem pełen podziwu dla Twoich postów. Ja trochę inaczej zrozumiałem pytania.

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Proponuję wrócić do podręcznika fizyki, rozdział "Praca, moc, energia", bo wyraźnie masz problemy ze zrozumieniem i odróżnieniem tych pojęć. Dzisiaj na pewno znajdziesz wiele filmów i wykładów tłumaczących to zgadnienie. Nie ma sensu powtarzać tu tego samego.

Ja bardzo polecam kanał na YT "Fizyka od podstaw" i oczywiście "RS elektronika" (tak Reduktor Szumu też ma filmiki o podstawach jakby ktoś nie wiedział)

Edytowano Luty 23, 2021 przez Cydek

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[g0raj]

Dzięki za odpowiedzi. Bardzo dużo mi to rozjaśniło. A tymczasem wracam nadrabiać podstawy 😉